Det är en mängd olika faktorer som måste tas i beaktande för att uppnå önskade EMC-egenskaper . Vi fortsätter att beta av listan med mera detaljer:

• Kretskortsutlägg – ledningsdragning (3)
• Kretskortsutlägg – avkoppling (A)
• Kretskort – ledningarnas impedans och anpassning (4)
• Övergång mellan kretskort och bakplan (5)
• Signalöverföring i bakplan (6)
• Övergång mellan bakplan och kabel (7)
• Stiftdisposition i anslutningsdon (8)
• Kabeltyp och förläggning (9)
• Filtrering (F)
• Signalöverföringskretsar (S)
• Skyddsledaranslutning (PE)
• Anslutning till struktur (att ”jorda” eller inte ”jorda”?)
• Spänningsdistribution (D)
• Spänningsomvandlare (O)
• Elkvalitet (Lågspänningsnät, 230 VAC)
• Skärmning (SK)

Kretskortsutlägg

Val av kretsar

Ur EMC-synvinkel är det intressant att beakta de olika logikkretsfamiljernas specifika egenskaper för val; exempelsvis:

• Utgångsspänning och -ström: för uppskattning av emission
• Omslagstider (stig- och falltider) för uppskattning av spektrum
• Tillåten spänningsdipp i spänningsförsörjningen för uppskattning av tålighet och avkopplingsbehov
• Spänningsförsörjningens omslagström (puls) för uppskattning av avkopplingsbehov
• Inkapacitans för uppskattning av signalbelastning
• Störningsmarginal, immunitet, tillåten signaldistorsion

Tumregel: välj kretsar med så långa omslagstider som möjligt!

Ledningsdragning mönsterkort

Följande parametrar skall man ta i beaktande vid mönsterkortskonstruktion:

• Referensplan, jordplan, spänningsplan
• Spänningsdistribution
• Avkoppling
• Antalet signallager
• Zonindelning

Som mönsterkortskonstruktör har man stora möjligheter att påverka kretskortets EMC-egenskaper.

 

Referensplan

Plan i kretskortssammanhang betyder en sammanhängande hel kopparfolie. Det är ett Jordplan om det är anslutet till metallstrukturen som i sin tur normalt är ansluten till nollpotential (jord) och det är ett spänningsplan om det är anslutet till spänningsaggregatet och tjänar som spänningsdistributör.

Normalt finns det många avkopplingskondensatorer mellan jord- och spänningsplan så för högfrekventa (HF) signaler det är ingen skillnad: HF-signalströmmar kan flyta i och mellan båda. Ingen av dessa plan behöver vara anslutet till jord eller apparathölje, därför är det en bättre benämning att kalla dessa för referensplan.

 

I kretskort med högfrekventa signaler är det önskvärt att dessa referensplan är så hela som möjligt. Små viahål är oundvikliga och dess effekter är ofta försumbara. Dra däremot aldrig signalledare eller vidta åtgärder som orsakar slitsar eller andra okontinuiteter i referensplan.

Plan har mycket låg ströinduktans som ger lågt spänningsfall. Detta är särskilt betydelsefullt när höga strömmar flyter i spänningsdistributionssystemet eller när snabbt switchande kretsar används.

 

Referensplan är bra!

Det är alla överens om. Det finns många sätt att distribuera matningsspänning på ett kretskort, men med ökande effektbehov och kortare stig- och falltider, minskade signalnivåer och större bandbredder är det för eller senare en nödvändighet att använda plan.

 

Fördelar med referensplan:

• Impedansstyrning för mönstterkortsledare
• Har mycket låg impedans (induktans)
• Minskar slingytor
• Agerar som en generaliserad skärm
• Minskar gemensam impedanskoppling
• Minskar överhörning, både kapacitiv och induktiv
• Minskar fältkoppling och -emission
• Ger lågimpediv anslutningsmöjlighet för filter- och avkopplingskondensatorer.

Jordutfyllnad

Har gynnsam effekt på EMC-egenskaper: minskar RF-emission och överhörning. Skall vara ansluten till närmaste referensplan (spänning eller nolla). Skall i första hand betraktas som skärm. Får ej användas för anslutning av avkopplingskondensatorer.

I några fall har vi märkt att utfyllnad med ”chassijord” inte har givit önskad effekt. Skall referensplan anslutas?

 

Ur radiofrekvent emissionssynpunkt det flesta fall är en fördel om kretskortets referensplanet ansluts lågimpedivt till apparathöljet. Detta realiseras med flera korta och breda anslutningar. Minst en anslutning per 100 cm2. Detta gäller för HF. DC isolering kan behövas av andra orsaker.

 

Ett eller flera jordplan?

Många ”experter” propagerar för delade jordplan som i princip innebär att varje spänning 12V, 5V, 3,3V, analog, digital, kraft, osv skall ha separata referenser i form av separerade plan och som är sammankopplade på ett ställe. Detta koncept kallas enpunksjordning.

 

Vår erfarenhet från flera projekt visar att där enpunktsjordning misslyckades var flerpunktjordning framgångsrik. Vi rekommenderar ett helt, obrutet, gemensamt referensplan i ett kretskort som huvudalternativ. Detta gäller även för hela systemet.

Man kan gärna ha fler en ett lager som jordplan i ett kretskort, men de skall vara anslutna till varandra med lägsta möjliga impedans.

 

Fördelar:

• Minskar slingytor för returströmmar orsakade av RF-fält, som terminerar på angränsande område, jämfört med uppdelat jordplan (t ex Analog AGND och Digital DGND signalreferens).

 

I A/D och D/A omvandlare blandas som bekant både analoga och digitala signaler (spänningar och strömmar). Dessa måste därför ha en gemensam referens. Övertoner från digitala signalströmmar återfinns överlagrade på alla till kretsen anslutande ledningar. Strömmar genererade av lokala fält från nämnda övertoner måste hitta tillbaka till sin källa den kortaste vägen för att undvika emissionsproblem. Är planet uppdelad i en analog respektive digital del kan vägen tillbaka bli över onödigt stora slingor.

 

Undantag: Lågfrekventa effektkretsar

 

Miklos Steiner