1. Wprowadzenie
Topologia prowadzenia masy na płytkach PCB i w układach napędowych jest jednym z kluczowych czynników determinujących kompatybilność elektromagnetyczną. Błędne prowadzenie powrotu prądu tworzy pętle antenowe, podnosi impedancję wspólną i zwiększa sprzężenia pasożytnicze. W raporcie zestawiono wyniki badań czterech wariantów topologii masy, z uwzględnieniem parametrów CISPR 14-1 oraz emisji w komorze GTEM.
2. Konfiguracje testowe
| Wariant | Opis | Cel |
|---|---|---|
| A | Masa prowadzona szeregowo (łańcuch) | najprostsza implementacja, duże pętle |
| B | Topologia gwiazdy | separacja powrotów sygnałów mocy i sterowania |
| C | Płaszczyzna masy pełna | minimalizacja indukcyjności powrotu |
| D | Płaszczyzna masy + stitching vias | dodatkowe ograniczenie pętli i sprzężeń |
3. Wyniki pomiarów przewodzonych
| Wariant | 0.15–0.5 MHz | 0.5–5 MHz | 5–10 MHz | Status |
|---|---|---|---|---|
| A | 67.2 | 72.8 | 63.5 | FAIL |
| B | 62.1 | 67.0 | 59.0 | graniczne |
| C | 59.8 | 63.5 | 56.7 | PASS |
| D | 58.9 | 62.0 | 55.9 | PASS |
Największą poprawę uzyskano dla płaszczyzny masy z vias stitching (wariant D), która ograniczyła emisję w paśmie 0.5–5 MHz o ponad 10 dBµV względem wariantu A.
4. Wyniki pomiarów promieniowanych
Badania w komorze GTEM 250 w zakresie 30–300 MHz wykazały istotne różnice między wariantami. Topologia szeregowa (A) generowała maks. 44 dBµV/m w zakresie 35–50 MHz, podczas gdy wariant D utrzymał poziomy poniżej 37 dBµV/m.
A: 43.8 dBµV/m (FAIL, 30–88 MHz) B: 40.1 dBµV/m (blisko limitu) C: 38.0 dBµV/m (PASS) D: 36.5 dBµV/m (PASS)
5. Analiza
Prowadzenie masy w topologii gwiazdy znacząco redukuje sprzężenia między sekcjami mocy i sterowania, lecz wciąż pozostawia lokalne pętle. Płaszczyzna masy ogranicza indukcyjność powrotu i zmniejsza powierzchnię pętli, ale wymaga starannej segmentacji, by uniknąć sprzężeń wrażliwych sygnałów. Dodatkowe stitching vias poprawiają zwłaszcza w wyższych pasmach (5–30 MHz). W praktyce takie rozwiązania stosuje się także w układach AGD – notatki serwisu AGD wskazują, że modyfikacja geometrii masy często daje większą poprawę niż sam dobór filtrów.
6. Wnioski
- Najgorsza sytuacja: masa szeregowa – emisja przewodzona i promieniowana przekracza limity.
- Topologia gwiazdy poprawia izolację sekcji, ale nie eliminuje sprzężeń HF.
- Płaszczyzna masy i stitching vias dają najniższe poziomy EMI i pełną zgodność z CISPR.
- Dobór topologii masy może być równie istotny jak filtracja LC/snubber.