JAJA822 March   2025 TMCS1126 , TMCS1126-Q1 , TMCS1133 , TMCS1133-Q1

 

  1.   1
  2.   概要
  3.   商標
  4. 1はじめに
  5. 2ノイズがシステムに結合する方法
    1. 2.1 伝導エミッションと放射エミッション
    2. 2.2 差動モード ノイズと同相モード ノイズとの関係
  6. 3伝導エミッション設計手法
    1. 3.1 TMCS112x および TMCS112x3x の EMI トポロジの設計
      1. 3.1.1 差動モード ノイズ低減に適した部品
      2. 3.1.2 同相モード ノイズ低減に適した部品
    2. 3.2 EMI 耐性を実現するレイアウトに関する検討事項
  7. 4まとめ
  8. 5参考資料

EMI 耐性を実現するレイアウトに関する検討事項

高い EMI 耐性を確実に実現するには、まず TMCS112x/3x だけでなく、PCB のすべての部品の良好なレイアウトを設計することが重要となります。一般的に、4 層以上の基板が最適な帰路のシナリオを実現します。これは、内層のグランド プレーンが、すべての信号の帰路となるように設計されているためです。トレースが動作、信号、電力である場合、信号の直下には必ず帰路が存在します。しかし、より新しい設計では、より大きい電力を PCB に供給しなければなりません。これにより、熱の問題を管理するために、新しい手法を実装する必要性が生じます。これが、グランド プレーンをセグメント化できる内部プレーンの複製、またはシステムのコストをさらに削減するために層数を 2 に減らす設計といったシナリオにつながります。EMI アグレッサ (影響を与える側) を防止することが最善策であるとしても、それが常に可能であるとは限りません。こうしたシナリオでは、EMI 耐性設計は可能ですが、設計された性能を確実にするために追加の手順とベスト プラクティスを考慮する必要があります。一般的には、帰路を信号の直下に配線することが最良の方法です。設計で TMCS112x/3x をレイアウトするときに、以下のベスト プラクティスを検討してください。

  • 可能であれば、4 層基板を使用します。外層でトレースされるすべての信号にクリーンな帰路を提供するために、内部層に GND プレーンを作成します。
    • グランドにトレースを全く配線しないことがベストプラクティスです。どうしてもこの状況が発生する場合は、トレース レイアウトが最適化されていることを確認し、グランド プレーンの分割を最小限に抑えます。分割によって、帰路が不要な領域を通過する可能性、または信号のループ サイズが大きくなる可能性があります。
  • できるだけ EMI の高い発生源からデバイスを絶縁します。高速スイッチング インダクタ ループと高電圧スイッチ ノードが最大の懸案事項になります。
    • インダクタンスは長さに応じて大きくなり、幅に応じて小さくなります。そのため、高周波電流パスはできるだけ広く、かつ短くする必要があります。
  • たとえば、最高の高周波応答など、ESR を最低にするには、すべてのコンデンサのサイズを 0402 または 0603 にする必要があります。通常、フットプリントが最小のデバイスは寄生容量が最も少なくなるため、これらの小型オプションは高 EMI 環境でより優れた性能を発揮する傾向があります。
    • 最低でも、デバイスの V+ ピンと GND ピンの間に少なくとも 1 つのバイパス コンデンサを使用してください。
    • 複数のバイパス コンデンサを使用する場合は、必ず最も低い静電容量 (最も高い周波数を対象とする) をデバイスの最も近くに配置します。これは、部品に到達する前に、すべての HF 成分を確実に除去するためです。最小静電容量を部品から最も離れた場所に配置する場合は、HF 成分がコンデンサを越えてトレースに結合し、デバイス内に侵入する可能性があります。
  • 可能であれば、信号トレースをそれぞれの帰路でシールドします。ほとんどの場合、これは共通の GND になります。この手法により、シールドなしトレースのアンテナの影響を低減することが可能となります。図 3-11 に、その例が示されています。
 TMCS1126 レイアウト例、差動モード ノイズのみ図 3-11 TMCS1126 レイアウト例、差動モード ノイズのみ

高 CM ノイズも存在する設計では、グランドによる絶縁手法を追加できます。図 3-12に、TMCS112x/3x の GND を アイランド化 する例が示されています。この手法により、ノイズの多いシステム GND がデバイスから実質的に切り離され、CM ノイズのデバイスへの結合を防止できます。システムに CM ノイズが存在しない場合は、TMCS112x/3x は通常通り GND を基準にできるため、コンデンサ C8 は必要ありません。この手法を使用する場合は、次の点にも注意する必要があります。

  • GND プレーン間のスペースを最大化するには、フェライト ビーズ (L1、L2、L4、L5) のサイズをできるだけ大きくする必要があります。
  • GND 間の 100pF スティッチング コンデンサ (C8) は、高周波放射ノイズの帰路となります
    • このコンデンサがないと、放射ノイズが TMCS の GND プレーンに結合し、マイコンの GND へのハイ インピーダンス帰路が確認される可能性があります。
    • この結果、HF ノイズがトラップされ、フェライト ビーズよりインピーダンスが低いために、ノイズがデバイスのピンに強制的に結合する可能性があります。
    • このコンデンサは、HF での低インピーダンス パスを提供して、ノイズをマイコンの GND に戻します。
  • 入力コンデンサ C1、C5、C6は、システムで CM ノイズを測定する場合にのみ必要です。トラブルシューティングのため、この回路図のすべての部品のパッドを配置します。
  • レイアウトには示されていませんが、ビーズ L1 と L4 の代わりに同相モード チョークを使用して、デバイスに流入する同相ノイズをさらに制限することもできます。フェライト ビーズとチョークの両方を使用する必要はありません。コストと部品点数が増えるだけです。
 TMCS1126 レイアウト例、差動モード ノイズ、同相モード ノイズ図 3-12 TMCS1126 レイアウト例、差動モード ノイズ、同相モード ノイズ