EMV-Probleme während der Entwicklungsphase umgehen

PCB-Massestrukturen für geringere elektromagnetische Störungen
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Mit der Bezeichnung „Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)“ bezieht man sich auf die Fähigkeit eines Elektrogeräts, andere nicht durch elektrische oder elektromagnetische Effekte zu beeinträchtigen. Denn Funkwellen können leicht  zum Problem werden – hohe Taktraten und kleinere Strukturen führen unweigerlich zu immer mehr Ärger beim Design von  Leiterplatten. Denn Störquellen im Nachhinein zu entdecken und die Probleme zu beseitigen bedeutet recht hohen Aufwand. Viele Informationen dazu erhalten Sie auch auf dem PCB-Design Blog.

Gute Masse

Der erfolgreiche Schutz vor Problemen mit der EMV beginnt beim richtigen Erdungssystem. Es benötigt einen geringeren induktiven Widerstand. Denn wer die Fläche der Masse auf einem Board optimiert, reduziert die Induktivität der Masse im System und verkleinert die elektromagnetischen Emissionen.

Signale können mit unterschiedlichen Methoden an die Masse angeschlossen sein. Bei einem schlechten Aufbau der Platinen sind die Komponenten ohne bestimmten Plan mit verteilten Massepunkte verbunden. Das führt zu einem induktiven Widerstand der Masse und verursacht EMV-Probleme. Besser ist eine gesamte Massefläche – diese sorgt für geringe Impedanz, wenn der Strom zu der Quelle zurückfließt.

Eine Massefläche bedingt allerdings eine eigenes Platinen-Layer, dieses ist bei zweilagigen Leiterplatten vielleicht nicht durchführbar. In einem solchen Fall sind Erdungsgitter zu empfehlen. Die Induktivität der Masse hängt vom Abstand zwischen den Gitternetzen ab.

Einmal Erde und zurück

Eine wesentliche Rolle spielt auch die Art und Weise, wie ein Signal zur Erde wieder zurückkehrt. Wenn es einen langen Weg nimmt, erzeugt das Signal eine Erdungsschleife, die eine Antenne bildet und Energie wegstrahlt. Deshalb sollte jede Leiterbahn, die Strom wieder zur Quelle transportiert, den kürzestmglichen Weg nehmen und muss direkt zur Massefläche verlaufen.

Ein sogenannter „Faradayscher Käfig“ ist eine andere empfehlenswerte Möglichkeit, um EMV-Probleme zu reduzieren. Zu diesem Zweck muss die Masse an die gesamte Peripherie der Leiterplatte angeschlossen sein und außerhalb dieser Begrenzung darf keines der Signal verlaufen.

Korrekt trennen

Die Komponenten auf der Hauptplatine müssen gemäß ihrer Funktionalität in Gruppen angeordnet sein. Die Leiterbahnen jeder dieser Gruppe dürfen nur in dem zugewiesenen Bereich verlaufen. Soll ein Signal von einem Subsystem in ein anderes gelangen, ist es besser am Übergang einen Filter einzubauen.

Auch die richtige Anordnung der Schichten der Leiterplatten ist aus EMV-Sicht wesentlich. Sollten mehr als zwei Schichten herangezogen werden, muss eine Schicht als Massefläche gebraucht werden. Bei einer Platte mit vier Schichten sollte jene unter der Massefläche als Ebene zur Stromversorgung dienen. Dabei muss der Entwickler genau darauf achtgeben, dass sich die Massefläche immer zwischen den Bahnen für Hochfrequenzsignale und der Ebvene der Stromversorgung befindet.

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