EMI-Unterdrückung an der Quelle

Die proaktive Entwicklung rauscharmer elektronischer Anwendungen ist wesentlich kostengünstiger als die nachträgliche Beseitigung unerwünschter elektromagnetischer Störungen (EMI) nach nicht bestandener EMV-Prüfung (Elektromagnetische Verträglichkeit).

Es wird allgemein geschätzt, dass bis zu 50% der Anwendungen die EMV-Tests beim ersten Mal nicht bestehen. Gebühren für erneute Tests, Board-Redesign, Laborzeit und Projektverzögerungen können sich leicht auf 10.000 Dollar oder mehr summieren, zusammen mit den Kosten für Verzögerungen bei der Herstellung und Verteilung. Eine gute Faustregel, die man befolgen sollte: Die besten EMV-Korrekturen erfolgen vor dem ersten Prototyp.

Durch die Auswahl von Komponenten aus einer einzigen, gut kuratierten EMV-Produktlinie, wie sie von Würth Elektronik angeboten wird, können Entwickler Unsicherheiten und Schätzungen reduzieren. Das umfassende Portfolio des Unternehmens mit über 5000 EMV-Komponenten umfasst Ferrite, Induktivitäten, Kondensatoren, Absorber, Abschirmungsmaterialien und vieles mehr, die alle für ein gutes Zusammenspiel entwickelt und getestet wurden.

Mit der fortschreitenden Miniaturisierung wird EMV immer mehr zu einem Thema. IoT-Sensorknoten werden beispielsweise immer häufiger in intelligenten Haushalten, industriellen, medizinischen und landwirtschaftlichen Umgebungen eingesetzt, sind aber anfällig für EMI.

IoT-Sensoren sind auf kleine Leiterplatten, dichte Layouts, Schaltnetzteile, Mikrocontroller und integrierte drahtlose Funkmodule angewiesen, was ein hohes Maß an potenziellem Rauschen praktisch garantiert. Eine winzige Platine kann DC/DC-Wandler, Antennen und Highspeed-Signale enthalten, die alle miteinander konkurrieren und die Signalintegrität stören.

Gezielte EMI-Lösungen, wie die WE-EMIP-Patches und angepassten Ferrit-Arrays von Würth, können helfen, Ordnung in das potenzielle Chaos zu bringen, indem sie die Emissionen reduzieren, die Signalintegrität bewahren und einen reibungsloseren Weg zur Konformität ermöglichen.

Richtlinien für die Entwicklung

Stellen Sie sich einen Umweltsensor vor, der Daten über ein Funkmodul für Bluetooth Low Energy (BLE) überträgt. Der falsche Schaltregler kann Rauschen abstrahlen. Die BLE-Antenne ist empfindlich gegenüber Störungen, und digitale Kommunikationsleitungen können über Stromschienen EMI ausstrahlen.

Hier finden Sie eine vereinfachte Anleitung, wie Würth-Komponenten in ein EMV-gerechtes Design implementiert werden können:

• Die Chipferrite WE-CBF von Würth können in Reihe mit Stromversorgungsleitungen platziert werden - typischerweise am Eingang und Ausgang des Abwärtsreglers - um hochfrequentes Schaltrauschen zu dämpfen. Dies trägt dazu bei, leitungsgebundene EMI zu unterdrücken, um Stromschienen sauber zu halten und Emissionen durch Leiterbahnen oder Kabel zu begrenzen.
• Entkopplungs- und Pufferkondensatoren können mit Ferriten gepaart werden, um Transienten auf VCC zu glätten und die Restwelligkeit zu reduzieren. Der Aluminium-Elektrolytkondensator 860040573003 von Würth Elektronik wurde zur Unterdrückung von EMI und Hochfrequenzstörungen (RFI) entwickelt und sorgt für einen stabilen Betrieb in Stromversorgungen, Haushaltsgeräten, intelligenten Messgeräten und IoT-Geräten, die eine zuverlässige Netzfilterung benötigen.
• Das WE-EMIP-EMI-Absorberpatch 371001 (Abbildung 1) kann direkt über oder in der Nähe von verrauschten Komponenten wie Schaltreglern oder BLE-SoC-Modulen (SoC: System-on-Chip) angebracht werden, um abgestrahlte EMI zu absorbieren und Antennen und empfindliche Schaltkreise von lokalen Störungen zu isolieren.

Abbildung 1: Das WE-EMIP-Patch von Würth bietet eine einfach anzuwendende Möglichkeit, empfindliche Komponenten von EMI zu isolieren. (Bildquelle: Würth Elektronik)

• Eine Gleichtaktdrossel wie die 74482210002 der WE-CMB-HC-Serie kann das Rauschen am AC-Netzeingang unterdrücken, um z. B. zu verhindern, dass Smart-Home-Geräte das Versorgungsnetz verschmutzen, oder um sauberen Strom in elektrisch verrauschten Industrieumgebungen zu gewährleisten.
• EMI-empfindliche Komponenten wie MCUs, SoCs, Wireless-Module und Taktoszillatoren können mit einer 14,12 mm x 14,12 mm x 2,00 mm großen oberflächenmontierten, verzinnten Stahlabdeckung wie der 3600213120S der WE-SHC-Serie (Abbildung 2) für kompakte Embedded-Anwendungen abgeschirmt werden. 

Abbildung 2: Die 3600213120S der WE-SHC-Serie von Würth schirmt EMI-empfindliche Komponenten in einem kompakten, oberflächenmontierten Gehäuse ab. (Bildquelle: Würth Elektronik)

Die Varistoren von Würth Elektronik schützen vor transienten Spannungen bei Blitzeinschlägen oder ESD-Ereignissen. Entwickler können auch die Vorteile der Filterdrosseln von Würth zur Unterdrückung Rauschen an Gegentaktleitungen nutzen. Ebenfalls erhältlich sind Filter-Designkits, die ein kuratiertes Sortiment an passiven Komponenten wie Ferrite, Drosseln und Kondensatoren enthalten. Diese sind auf die EMI-Entstörung in verschiedenen Anwendungsfällen zugeschnitten und bieten Entwicklern praktische, praxisnahe Methoden zur Erstellung von Prototypen und zur Bewertung von EMV-Lösungen.

Das Unternehmen bietet auch ergänzende Komponenten an, die die Entwicklung von kompakten, vernetzten Umweltsensoren vereinfachen können. Dazu gehören vorzertifizierte Funkmodule für Mobilfunk-IoT-, Wi-Fi- und Bluetooth-Vernetzung sowie MEMS-basierte Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren, die eine zuverlässige Datenerfassung mit geringem Stromverbrauch in einem kleinen Formfaktor ermöglichen.

Fazit

Die Komponenten von Würth Elektronik bilden ein umfassendes Toolkit für den Aufbau robuster, EMV-gerechter Anwendungen, die auf die Anforderungen moderner IoT- und Elektroniksysteme zugeschnitten sind. Diese Komponenten stellen sich wichtigen Herausforderungen wie EMI-Unterdrückung und Schutz vor Spannungsspitzen und verbessern gleichzeitig die Zuverlässigkeit und Leistung von kompakten, angeschlossenen Umweltsensoren. Der umfangreiche EMV-Katalog und die Design-Kits des Unternehmens bieten Entwicklern einen kuratierten One-Stop-Shop, der ihre Anforderungen erfüllt.