Знаете ли как да решите проблема с EMI при многослоен дизайн на печатни платки?
Нека ви кажа!
Има много начини за решаване на проблеми с EMI.Съвременните методи за потискане на EMI включват: използване на покритие за потискане на EMI, избор на подходящи части за потискане на EMI и дизайн на EMI симулация.Въз основа на най-основното оформление на печатни платки, тази статия обсъжда функцията на стека на печатни платки при контролиране на EMI радиацията и уменията за проектиране на печатни платки.
захранващ автобус
Скокът на изходното напрежение на IC може да се ускори чрез поставяне на подходящ капацитет близо до захранващия щифт на IC.Това обаче не е краят на проблема.Поради ограничената честотна характеристика на кондензатора е невъзможно кондензаторът да генерира хармоничната мощност, необходима за чистото управление на изхода на IC в пълната честотна лента.В допълнение, преходното напрежение, образувано върху захранващата шина, ще причини спад на напрежението в двата края на индуктивността на пътя за разединяване.Тези преходни напрежения са основните източници на EMI смущения в общ режим.Как можем да решим тези проблеми?
В случай на IC на нашата платка, силовият слой около IC може да се разглежда като добър високочестотен кондензатор, който може да събира енергията, изтекла от дискретния кондензатор, който осигурява високочестотна енергия за чист изход.В допълнение, индуктивността на добър силов слой е малка, така че преходният сигнал, синтезиран от индуктора, също е малък, като по този начин се намалява EMI в общия режим.
Разбира се, връзката между захранващия слой и щифта за захранване на IC трябва да бъде възможно най-къса, тъй като нарастващият фронт на цифровия сигнал е все по-бърз и по-бърз.По-добре е да го свържете директно към подложката, където се намира захранващият щифт на IC, което трябва да се обсъди отделно.
За да се контролира EMI в общ режим, силовият слой трябва да бъде добре проектирана двойка силови слоеве, за да помогне за отделянето и да има достатъчно ниска индуктивност.Някои хора може да попитат колко е добър?Отговорът зависи от силовия слой, материала между слоевете и работната честота (т.е. функция на времето на нарастване на IC).Като цяло разстоянието между силовите слоеве е 6mil, а междинният слой е материал FR4, така че еквивалентният капацитет на квадратен инч от силовия слой е около 75pF.Очевидно, колкото по-малко е разстоянието между слоевете, толкова по-голям е капацитетът.
Няма много устройства с време на нарастване от 100-300ps, но според текущата скорост на развитие на IC, устройствата с време на нарастване в диапазона 100-300ps ще заемат голям дял.За вериги с времена на нарастване от 100 до 300 PS, разстоянието между слоевете от 3 mil вече не е приложимо за повечето приложения.По това време е необходимо да се приеме технологията за разслояване с разстояние между слоевете по-малко от 1 mil и да се замени диелектричният материал FR4 с материал с висока диелектрична константа.Сега керамиката и пластмасата в саксии могат да отговорят на изискванията за проектиране на вериги с време на нарастване от 100 до 300ps.
Въпреки че в бъдеще може да се използват нови материали и методи, обичайните вериги с време на нарастване от 1 до 3 ns, разстоянието между слоевете от 3 до 6 mil и диелектричните материали FR4 обикновено са достатъчни, за да се справят с хармоници от висок клас и да направят преходните сигнали достатъчно ниски, т.е. , общият режим EMI може да бъде намален много ниско.В тази статия е даден пример за проектиране на наслоено подреждане на печатни платки и се приема, че разстоянието между слоевете е 3 до 6 mil.
електромагнитно екраниране
От гледна точка на маршрутизирането на сигнала, добра стратегия за наслояване трябва да бъде поставянето на всички сигнални следи в един или повече слоеве, които са до слоя на мощността или заземяващата равнина.За захранване, добрата стратегия за наслояване трябва да бъде силовият слой да е в непосредствена близост до заземителната равнина, а разстоянието между захранващия слой и заземителната равнина трябва да е възможно най-малко, което наричаме стратегия за „наслояване“.
PCB стек
Какъв вид стратегия за подреждане може да помогне за защита и потискане на EMI?Следната схема на слоесто подреждане предполага, че захранващият ток протича върху един слой и че едно напрежение или множество напрежения се разпределят в различни части на същия слой.Случаят на множество нива на мощност ще бъде обсъден по-късно.
4-пластова плоча
Има някои потенциални проблеми при проектирането на 4-слойни ламинати.На първо място, дори ако сигналният слой е във външния слой, а мощността и заземителната равнина са във вътрешния слой, разстоянието между захранващия слой и заземителната равнина все още е твърде голямо.
Ако изискването за цена е първото, могат да се разгледат следните две алтернативи на традиционната 4-слойна дъска.И двете могат да подобрят ефективността на потискане на EMI, но са подходящи само за случая, когато плътността на компонентите на платката е достатъчно ниска и има достатъчно площ около компонентите (за поставяне на необходимото медно покритие за захранване).
Първата е предпочитаната схема.Външните слоеве на PCB са всички слоеве, а средните два слоя са сигнални / захранващи слоеве.Захранването на сигналния слой е насочено с широки линии, което прави импеданса на пътя на захранващия ток нисък и импеданса на сигнала на микролентовата пътека нисък.От гледна точка на EMI контрол, това е най-добрата налична 4-слойна PCB структура.Във втората схема външният слой носи захранването и земята, а средните два слоя носят сигнала.В сравнение с традиционната 4-слойна платка, подобрението на тази схема е по-малко и междуслойният импеданс не е толкова добър, колкото този на традиционната 4-слойна платка.
Ако импедансът на окабеляването трябва да се контролира, горната схема за подреждане трябва да бъде много внимателна, за да положите окабеляването под медния остров на захранването и заземяването.В допълнение, медният остров на захранването или пласта трябва да бъде свързан помежду си, доколкото е възможно, за да се осигури връзка между DC и ниска честота.
6-пластова плоча
Ако плътността на компонентите на 4-слойната платка е голяма, 6-слойната плоча е по-добра.Въпреки това, екраниращият ефект на някои схеми за подреждане в дизайна на 6-слойна платка не е достатъчно добър и преходният сигнал на захранващата шина не е намален.Два примера са разгледани по-долу.
В първия случай захранването и земята се поставят съответно във втория и петия слой.Поради високия импеданс на захранването с медно покритие е много неблагоприятно да се контролира EMI излъчването в общ режим.Въпреки това, от гледна точка на контрола на импеданса на сигнала, този метод е много правилен.
Във втория пример захранването и земята са поставени съответно в третия и четвъртия слой.Този дизайн решава проблема с медния импеданс на захранването.Поради лошото електромагнитно екраниране на слой 1 и слой 6, EMI в диференциалния режим се увеличава.Ако броят на сигналните линии на двата външни слоя е най-малък и дължината на линиите е много къса (по-малко от 1/20 от най-високата хармонична дължина на вълната на сигнала), дизайнът може да реши проблема с EMI в диференциален режим.Резултатите показват, че потискането на EMI в диференциалния режим е особено добро, когато външният слой е запълнен с мед и медната обвивка е заземена (на всеки 1/20 интервал на дължина на вълната).Както бе споменато по-горе, трябва да се постави мед
Време на публикуване: 29 юли 2020 г
