EMV - Printdesign - Interne Störquellen

• Massepotentialschwankungen
• Versorgungsschwankungen
• Leitunsreflexion
• Nebensprechen

Maßnahmen

• Minimierung der Induktivitäten (vor allem der Masseleiter)
• Dämpfungselemente in Stromkreise einfügen (z. B. 50Ohm zwischen Gatter)
• Änderungen von Strömen in Versorgungsleitungen durch Blockkondensatoren abfangen
• Block-/Entkoppelkondensatoren
  • Entkoppelkondensatoren an IC's sollten so kurz wie möglich am IC angebunden werden.
    C=I*delta t/delta U
    wobei
    I der benötigte Strom für die Aktion z. B. das Schalten ist,
    delta t die Schaltzeit und
    delta U der erlaubte Spannungseinbruch ist.
    C sollte auf keinen Fall zu groß gewählt werden, da die Eigenresonanz sinkt:
    fo=1/[2*PI*SQRT(L*C)]
    Z. B. 1nF mit 20nH Zuleitungsinduktivität ergibt eine Grenzfrequenz von ca. 35MHz. Wenn Abstrahlung von 30MHz und höher geblockt werden soll ist er unwirksam!
  • Globale Blockkondensatoren sollten an strategischen Punkten angebracht werden und sollten ca. das 10-fache der Summe der Entkoppelkondensatoren betragen.
  • Kondensatoren vor allem zum Blocken sollten in Blöcken aufgebaut werden.
    Z. B. 820pF parallel 3,9nF parallel 100nF
• Verwenden der langsamsten Logikfamilie, die möglich ist. Damit wird die Flankensteilheit begrenzt, was wiederum die Oberwellen reduziert.
• Unnötig steile Flanken durch Tiefpass abrunden
• Signale an IC's, die neben schnellen Signalen liegen (z. B. Reset-Leitng neben Quarz), sollten mittels Serieninduktivität (ca. 1uH) gefiltert werden. Damit können sich Störungen von benachbarten schnellen Signalen auf langsamen Signalen nicht ausbreiten.
• Unterschiedliche Schaltungsteile mit unterschiedlichen Frequenzen betreiben. Dies vermeidet konstruktive Interferenz, aber Auchtung auch auf die Oberwellen. Die Frequenzen sollten mindestens einen Unterschied von 120kHz aufweisen (Zwischenfrequenzbandbreite Messempfänger)
• Baugruppen möglichst mit eigenen Frequenzgeneratoren ausstatten. Damit müssen diese nicht weit verteilt werden.
• Die Effizienz der Abstrahung von Printbahnen hängt von
  • Leitungslänge
  • Schleifenlänge (vor allem bei Stromversorgung der Bauelemente)
  • Spektralanteil der Oberwellen
  ab. Diese sollten somit so gering als möglich gehalten werden.
• Schnelle Signalleitungen sollten einen möglichst nahen Rückleiter haben, wenn möglich sogar auf beiden Seiten (Z. B. bei einem Datenbus: GND, Signal, GND, Signal, GND, ...).

  Grund ist, dass die Gegeninduktivität die Auswirkung der Leitungsinduktivität reduziert. Dies gilt aber nur bei Gegentaktsignalen!:
  -I1=I2=I
  Damit können die Gleichungen für die Spannungen an den Leitungsinduktivitäten aufgestellt werden:
  U1=(LP1-MP)*(dI/dt)
  U2=(MP-LP2)*(dI/dt)
  mit den Näherungswerten für Printbahnen mit
  LP=2*10^-7*l*[ln(2*l/w)+1/2]
  MP=2*10^-7*l*[ln(2*l/s)-1+s/(2*l)]

• Schnelle Leitungen möglichst von Kabelanschlüssen weit entfernt halten
• Leiterkartenaufbau von innen nach außen:
  • innen: schnelle Teile
  • mitte: weniger schnelle Teile
  • außen: langsame Teile und Anschlüsse
  • Leitungsanschlüsse sollten möglichst auf einer Seite der Leiterkarte sein.
• Minimieren von Störabstrahlung durch Gleichtaktstörungen kann nur durch eine ruhige Masse erreicht werden. Daher kann es Sinn machen, die Masse zu segmentieren. Z. B. Masse für Kabel und Signaltreiber für Leitungen von anderer Masse abtrennen.
• Masseflächen ersetzen weitgehend einen benachbarten Rückleiter. Dies daher, dass der Leiter über der Plane gespiegelt erscheint. Dadurch kommt es zu einer reduktion des Spannungsabfalls aufgrund der Gegeninduktivität.
  Es sollten daher Multilayer-Prints mit Masseflächen verwendet werden.
• Reflexionen sollten vermieden werden:
  • Laufzeit << Anstiegszeit: kein Problem
  • andernfalls muss der Leitungswellenwiderstand an den Abschluss angepasst sein, ansonsten entsteht "ringing".
  • Annahme 60% Lichtgeschwindigkeit ergibt:
    lmax[cm] = 9*taur[ns] mit
    lmax unangepasste Leitungslänge und
    taur Anstiegszeit