EMV-grechtes Layout

Kostenlose EMV-Maßnahmen

Dem Layout von elektronischen Baugruppen kommt eine zentrale Rolle zu. Eine Ebene kleiner gedacht gilt dasselbe für das Layout von ICs wie z.B. FPGAs. In die andere Richtung kommt diese Rolle der Verkabelung bzw. dem Kabelbaum zu. Auf die Verkabelung wird intensiver im Kapitel Mechanik eingegangen.

Parasitäre Elemente werden im Layout Teil der Schaltung - störende, aber auch nützliche. Eine aktive Gestaltung bringt den Erfolg.

Maßnahmen auf Layoutebene sind fast immer kostenlos.

Versorgungskonzept und Masse

Das Versorgungskonzept (incl. Masse + Ground als Bestandteile davon) bildet das Grundgerüst jeder guten Schaltungsumsetzung.

 

Hochfrequente Emissionen sind mehrheitlich auf Oberwellen von Schaltvorgängen zurück zu führen und stellen im Prinzip hochfrequente Mikroeinbrüche von Versorgungssystemen dar. D.h. je "härter" ein Versorgungssystem ausgelegt ist, um so niedriger fallen Emissions-probleme aus.

Auf der andren Seite erhöht ein EMV-stabiles Versorgungssystem die Störfestigkeit und sorgt nicht zuletzt für eine höhere Signalintegrität.

 

Bei Leiterplatten mit mind. 4 Lagen gilt eine weitere EMV-Regel.

Mindestens ein Layer ist eine durchgängige Masselage, ohne Schlitze, Einschnitte oder andere Signale.

Dies scheint nur auf den ersten Blick ein Nachteil wegen reduzierten Platzangebot für die restlichen Signale zu sein. Die Vorteile überwiegen bei weitem.

Bei keinem Projekt bei dem ich eine durchgängige Masselage vorgeschlagen hatte, musste deswegen die Anzahl der Layer erhöht werden!

 

Einfach alle Signale auf diese Masselage zu beziehen ist dennoch zu einfach gedacht.

Die Masse muss 2 sich wiedersprechende Aufgaben übernehmen

  1. Sie soll für alle Baugruppen ein einheitliches Bezugspotential zur Verfügung stellen.
  2. Alle Störungen sollen möglichst schnell über sie abgeleitet werden.

Im Hinblick auf stetig steigende Frequenzen und gleichzeitig immer höheren geschalteten Leistungen gilt es die Masse und mit ihr das gesamte Versorgungskonzept differenzierter zu betrachten.

Lagenaufbau von Leiterplatten

Dem Lagenkonzept kommen gleich mehrere Rollen zu. Auf der einen Seite ist es Teil des Versorgungskonzepts und kann dieses bei richtiger Auslegung in der Frequenz entscheidend nach oben erweitern. Zum anderen wird hier festgelegt wie Signale von einander abgeschirmt und damit entkoppelt werden können.

 

Bevor mit dem Routing begonnen wird, ist zu definieren wieviel Lagen das Layout bekommen soll, auf welchen Lagen welche Signale zu führen sind und wie groß die Abstände zueinander sind. Einfach zu routen wo Platz ist, ohne vorab diese Fragen geklärt zu haben, birgt große Risiken für die EMV-Qualität.

Hier spielt auch die Frage welche Bestückungsverfahren und Löttechniken in der Fertigung verwendet werden eine Rolle.

 

2 mögliche Lagenaufbauten einer 4-Lagen-Leiterplatte:

Kupfer

Träger

Preprag


Je nach Anwendungsfall kann die eine oder die andere Variante Vorteile haben. Dies hängt im Wesentlichen davon ab welche Signalformen die Schaltung beinhaltet. Mehrheitlich ist jedoch die rechte Anordnung die besser geeignete.

 

Leiterplatten mit nur 2 Lagen stellen aus EMV-Sicht quasi die "Königsdiziplin" dar. U.a. entfallen hier die Vorteile einer durchgängigen Masselage und Schirmungen sind nicht möglich. Dies kann dazu führen dass der Filteraufwand höher ausfällt. Eine sehr hochfrequente Filterung ist mitunter gar nicht möglich. Somit kann nicht pauschal gesagt werden eine 2-Lagen-Leiterplatte sei in jedem Fall kostengünstiger als ein 4-lagige. Dies ist im Einzelfall zu bewerten.

Zonenkonzept

Ein gutes Zonenkonzept separiert empfindliche Schaltungsteile von störenden, dient der Entkopplung der Signale ohne durch Einengungen oder Umwege höhere Störungen zu verursachen. Die Qualität des Zonenkonzepts hängt stark von mechanischen Gegebenheiten wie Stecker, deren Pinbelegung, Gehäuse, etc. ab. Es ist deswegen unabdingbar sich hier frühzeitig Gedanken zu machen.