Master's Thesis

Design of an Educational Device for Demonstrating EMC Principles in PCB Design

Final Thesis 13.65 MB Appendix 2.97 MB

Author of thesis: Ing. Julián Majer

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Jan Leuchter, Ph.D.

Reviewer: Ing. Veronika Junasová

Abstract:

This thesis addresses the issue of electromagnetic compatibility (EMC) in printed circuit board (PCB) design. The primary objective is to develop educational and demonstrative materials that illustrate the impact of design principles and common layout errors on electromagnetic interference generation. The theoretical part examines the fundamentals of EMC, including interference mechanisms in PCBs and design strategies aimed at reducing emissions and improving device immunity. The practical part involves the design and comparison of four PCB layouts of a DC/DC converter, representing both correct and incorrect design approaches from an EMC perspective. The outcome of the thesis is a structured set of theoretical insights, design guidelines, and a concise overview of relevant standards, intended to support education and practice in EMC-aware PCB design.

Keywords:

EMC, EMI, PCB design, PCB layout

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student seznámil státní zkušební komisi s řešením své diplomové práce a zodpověděl otázky a připomínky oponenta. Dále odpověděl na otázky komise: Jak definujete blízké pole? Je to v blízkosti DPS ve vzdálenosti několika milimetrů. Jaký byl frekvenční rozsah měření ve vzdáleném poli a byla měřena i spínací frekvence měniče? Měření probíhalo od 30 MHz. Spínací frekvence je 470 kHz, takže nebyla přímo měřena.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Microelectronics (MPC-MEL)

Composition of Committee

prof. Ing. Radimír Vrba, CSc. (předseda)
doc. Ing. František Urban, CSc. (místopředseda)
prof. Ing. Vladislav Musil, CSc. (člen)
RNDr. Ladislav Mareček, CSc. (člen)
doc. Ing. et Ing. Pavel Šteffan, Ph.D. (člen)
Ing. Josef Skácel, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Jan Leuchter, Ph.D.

Diplomová práce se zabývá návrhem a experimentálním ověřením laboratorního přípravku a souvisejících výukových materiálů pro demonstraci vlivu návrhu plošných spojů na elektromagnetickou kompatibilitu spínaného DC/DC měniče.

Student v teoretické části zpracoval problematiku elektromagnetického rušení, principy EMC v návrhu PCB a zásady minimalizace EMI u spínaných obvodů. Praktická část je zaměřena na návrh laboratorního přípravku ve formě DC/DC měniče a několika variant plošných spojů, které umožňují systematické porovnání vlivu jednotlivých návrhových úprav na EMC chování. Experimentální část zahrnuje analýzu vyzařování v blízkém i vzdáleném poli a vyhodnocení vlivu jednotlivých konstrukčních změn na elektromagnetické chování systému. Výsledky práce potvrzují zásadní vliv layoutu PCB na EMC parametry.

Součástí práce je návrh laboratorního cvičení, které nejen splňuje didaktické požadavky výuky, ale zároveň vhodně integruje možnosti dostupného laboratorního vybavení na pracovišti, čímž zvyšuje jeho praktickou využitelnost.

Závěrem lze konstatovat, že práce splnila zadání a je zpracována v požadovaném rozsahu. Práce je zpracována na dobré odborné úrovni a propojuje teoretické poznatky s praktickou realizací i měřením. Student práci průběžně konzultoval a prokázal schopnost samostatné odborné činnosti i práci s literaturou. Dosažené výsledky jsou využitelné v praxi. Diplomovou práci doporučuji k obhajobě.  Celkové hodnocení: 80 bodů ze 100. Points proposed by supervisor: 80

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Veronika Junasová

Student se v předložené práci věnuje návrhu, realizaci a testování výukového přípravku pro demonstraci EMC v DPS návrhu, ke kterému student vytvořil příklad laboratorního cvičení. Textová část práce je kromě úvodu a závěru rozdělená do dvou kapitol, kde první je věnována rešerši a druhá praktické časti, kde student popsal navrhnutý přípravek a jeho testování. Kapitoly jsou logicky dělené a přehledné, jednotlivé části na sebe logicky navazují. Po jazykové stránce je práce na dobré úrovni, student se rozumně vyjadřuje a používá dobrý technický jazyk.
Po formální stránce je práce na dobré úrovni, ale vyskytuje se pár chyb. Jsou to například chybějící odkazy na obrázky a tabulky (hlavně v druhé kapitole), dále obrázky přímo za sebou neoddělené textem (např. obrázky 1.3 – 1.8, 1.11 – 1.12, atd.) a některé podkapitoly první úrovně začínající na nové straně i když by měli správně pokračovat na předcházející.
Citace nejsou číslovány podle výskytu v textu. Tohle pravděpodobně vedlo k tomu, že 5 citací v seznamu literatury nemá odkaz nikde v textu (např. [17], [19] a [23] – [27]). Student vhodně citoval i odborné knihy v angličtině. Malou výtku mám k podkapitole 1.1.3, která je téměř výhradně citována jen z jednoho zdroje a značné množství obrázků z ní nemá napsán zdroj, odkud jsou přebrány. Ne všechny informace jsou v teoretické části úplně správně popsány, například podkapitola 1.3.5 nemá zcela správně popsán princip správného využití třech kondenzátorů o různých hodnotách. V této kapitole navíc chybí jakákoliv citace zde uvedených faktických tvrzení.
V návrhu zařízení chybí schéma, když se o něm v textu píše, a je nutné listovat až do příloh. Student uvádí, že prvky měniče byli navržené podle postupu z dokumentace, ale samotný postup neuvádí, což by se hodilo. Nelogicky působí měření grafu výstupního zvlnění na obrázku 2.1 v bodě, kde je teprve popisován návrh. V testování chybí měření střední hodnoty výstupního napětí měniče, nachází se zde pouze jeho napětí. Při návrhu DPS se student nevyvaroval chybě, kterou nesprávně uvedl v kapitole 1.3.5 – blokovací kondenzátory zde nemají vhodná pouzdra.
Student v práci vykonal značné množství měření a výsledky vhodně interpretoval. Bylo by vhodné diskutovat výsledky rovnou při grafech, kterých se týkají, a ne až na konci v samostatné podkapitole. Student navrhnul a změřil více variant DPS, ale některá měření neprovedl pro všechny varianty. Dále by se hodilo uvést shrnutí v tabulce, které přehledně porovná uskutečněné měření pro všechny varianty DPS.
Po technické stránce je práce dobře a podrobně zpracována, student práci věnoval značné úsilí a splnil zadání ve všech bodech. Vzhledem k pár vyjmenovaným nedostatkům hodnotím práci stupněm B – 87 bodů. Topics for thesis defence:
  1. Jaká je střední hodnota napětí na vstupu a výstupu měniče varianty A. V tabulce zobrazte naměřené hodnoty zvlnění výstupního napětí všech variant a porovnejte je.
  2. V obrázcích 2.1.8 a 2.1.9 máte změřené vyzařování ve vzdáleném poli variant A a C spolu s limitní křivkou. Chybí zde diskuse, zda by uvedené varianty DPS prošli normou EN 55032 třída B. Prošla by některá deska touto normou? Jaké úpravy schéma či DPS by se daly provést, aby měnič úrovně normy splnil?
  3. Uvádíte, že se mají dávat paralelně kondenzátory o různých kapacitách. Kdy se toto opatření blahodárně projeví na závislosti impedance na frekvenci a jaká má rizika?
Points proposed by reviewer: 87

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová