Die Zusammenführung von SI, PI und EMI

Kenneth Wyatt, Leitender Berater

Wyatt Technical Services LLC

Bei einer kürzlich abgehaltenen Design-Konferenz im Januar 2018 fühlte ich mich sehr geehrt, an einer Podiumsdiskussion über Trends in der Signalintegrität (SI), Power Integrität (PI) und EMI der nächsten fünf Jahren teilnehmen zu dürfen. Weitere Teilnehmer des Panels waren Steven Sandler (Geschäftsführer, Picotest), Istvan Novak (Chefingenieur, Samtec), Eric Bogatin (außerordentlicher Professor an der Universität von Colorado und der Dekan der Teledyne LeCroy Signal Integrity Academy) und Alfred Neves (Cheftechnologe, Wild River Technology). Einer der von mir vorgestellten Trends war die schrittweise Zusammenführung von SI, PI und EMI.

Viele von uns in der Branche sind der Meinung, dass wir diese drei Disziplinen nicht mehr lange in separate Kategorien unterteilen können. Alle drei interagieren miteinander und es wird immer schwieriger, je höher die Frequenzen werden. Wenn ein Wert nicht passt, werden die anderen beiden mit hoher Wahrscheinlichkeit auch schlechter. Interessanterweise hat die IEEE EMC Society SI/PI bereits in den letzten Jahren in ihre jährlichen EMV-Symposien aufgenommen.

Nähern wir uns Datenraten von 40 GHz und höher, müssen wir die Physik des Boards und Channel-Design verstehen. Aber es gibt offensichtliche Überschneidungen zwischen den Disziplinen. Wenn man beispielsweise den Rückweg für Signal- und Leistungsströme nicht berücksichtigt, kann dies alle drei Disziplinen betreffen. Wenn Sie die Impedanz Ihres Stromverteilungsnetzes nicht abflachen, kann dies zu Resonanzen und Spitzenwerten bei den EMV-Emissionen führen.

Da immer mehr Hersteller drahtlose Konnektivitäten (Wireless Connectivity) in neue oder bestehende Produkte integrieren, werde ich neuerdings mit folgenden Problemen konfrontiert: Selbstinterferenz (oder auch "Plattforminterferenz" genannt) von DC-DC-Wandlern und digitaler Steuerung, Desensibilisierung von Mobilfunk-Empfängern und anderen drahtlosen Empfängern, wie GPS (siehe Referenzen 1 und 2). Fehlen bei Leiterplatten benachbarte Rückführungsebenen für alle Signal- und Versorgungsschichten, so kann leitungsgeführtes und abgestrahltes Rauschen in den Empfänger eingekoppelt und die Empfängerempfindlichkeit um 10 bis 20 dB gesenkt werden... mehr als genug, um die Anforderungen der Mobilfunkanbieter an die isotope Gesamtempfindlichkeit (TIS) zu erfüllen. Und schon geht's los....ein Produkt, das Sie nicht versenden können (Referenz 3).

Dies mag überraschend sein, aber mit Ausnahme derjenigen, die bereits die Probleme in der SI- und PI-Welt verstehen, scheinen die meisten Produktdesigner das Grundkonzept nicht verinnerlicht zu haben, wie sich Signale, d.h. Energie in Form von elektromagnetischen Wellen, in Übertragungsleitungen bewegen. Wenn sie es täten, würde ich nicht so viele Hilferufe erhalten, wenn es darum geht, EMV-Grenzwerte zu überschreiten. Alles, was Sie tun müssen ist, sich den Layer Stack-Up anzusehen und Sie müssen sich nur sagen: "Nun, natürlich hat dieses Produkt EMV-Probleme! Es gibt keinen definierten Pfad für den Rückstrom" und das Ergebnis ist die Kreuzkopplung von Signalen, SI- und PI-Problemen und der daraus resultierenden Strahlung.

Steve Sandler und ich haben kürzlich einen Artikel über PI- und EMI-Probleme mit Spannungsreglern verfasst, der dazu beitrug, einige dieser Probleme zu erklären (siehe Referenz 4). Da PI, SI und EMI im Allgemeinen nicht an Hochschulen und Universitäten unterrichtet werden, müssen wir Lehrende uns wirklich auf die Grundlagen aller drei Disziplinen konzentrieren und wissen, wie wir uns besser mit diesen Produktdesignern zusammenschließen können. Ich glaube wirklich, dass dies ein Wettbewerbsproblem für Unternehmen ist. Das heißt, Unternehmen, die SI, PI und EMI sowie das Design von Leiterplatten verstehen und es beim ersten Mal "richtig machen", werden in der Lage sein, Produkte Wochen oder Monate vor der Konkurrenz einzuführen.

Referenzen

1. Wyatt, Platform Interference – Measurement and Mitigation, https://interferencetechnology.com/platform-interference-measurement-mitigation/

2. Wyatt, Ten Tips to Minimize EMI from On-Board DC-DC Converters, https://interferencetechnology.com/ten-tips-to-minimize-emi-from-on-board-dc-dc-converters/

3. Wyatt, Design PCBs for (Low) EMI (in 3 linked parts), https://www.edn.com/electronics-blogs/the-emc-blog/4461633/Design-PCBs-for-EMI--part-1--How-signals-move

4. Sandler & Wyatt, Top Three EMI and Power Integrity Problems with On-Board DC-DC Converters and LDO Regulators, https://interferencetechnology.com/top-three-emi-power-integrity-problems-board-dc-dc-converters-ldo-regulators/

Kenneth Wyatt ist Hauptberater von Wyatt Technical Services LLC und ehemaliger Senior Technical Editor des Interference Technology Magazins (2015 bis 2018). Er hat seinen Sitz in Colorado und arbeitet seit über 30 Jahren im Bereich der EMV-Technik mit einer Spezialisierung auf EMV-Problemlösung und Pre-Compliance-Tests. Er gibt internationale Schulungen und hält Präsentationen, ist weit vernetzt und Mitautor des beliebten „EMI Troubleshooting Cookbook for Product Designers“. Er kann über seine Website http://www.emc-seminars.com kontaktiert werden.

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