Как да решим проблема с EMI в многослойния дизайн на печатни платки?

Знаете ли как да решите проблема с EMI, когато проектирате многослойни печатни платки?

Нека ви кажа!

Има много начини за решаване на проблеми с ЕПИ. Съвременните методи за потискане на EMI включват: използване на покритие за потискане на EMI, избор на подходящи части за подтискане на EMI и симулационен дизайн на EMI. Въз основа на най-основното оформление на печатни платки, тази статия обсъжда функцията на стека на печатни платки при контролирането на EMI излъчването и уменията за проектиране на печатни платки.

мощност автобус

Скокът на изходното напрежение на IC може да бъде ускорен чрез поставяне на подходящ капацитет в близост до силовия 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 чисто задвижване на изхода на IC в пълната честотна лента. В допълнение, преходното напрежение, образувано на захранващата шина, ще доведе до спад на напрежението в двата края на индуктивността на пътя на разединяване. Тези преходни напрежения са основните източници на електромагнитни смущения в общия режим. Как можем да решим тези проблеми?

В случая на ИС на нашата платка, захранващият слой около ИС може да се разглежда като добър високочестотен кондензатор, който може да събира енергията, изтекла от дискретен кондензатор, който осигурява високочестотна енергия за чист изход. В допълнение, индуктивността на добрия мощен слой е малка, така че преходният сигнал, синтезиран от индуктора, също е малък, като по този начин се намалява общия режим EMI.

Разбира се, връзката между захранващия слой и ИК захранващия щифт трябва да бъде възможно най-кратка, защото нарастващият ръб на цифровия сигнал е по-бърз и бърз. По-добре е да го свържете директно към подложката, където се намира IC захранващият щифт, което трябва да бъде обсъдено отделно.

За да се контролира EMI в общ режим, мощният слой трябва да бъде добре проектирана двойка силови слоеве, за да се раздели 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 за повишаване на ИС). По принцип разстоянието между силовите слоеве е 6 милиона, а междинният слой е FR4 материал, така че еквивалентният капацитет на квадратен инч от силовия слой е около 75pF. Очевидно е, че колкото по-малък е разстоянието на слоя, толкова по-голям е капацитетът.

Не са много устройствата с време на възход от 100-300ps, но според текущата скорост на разработка на IC устройствата с време на покачване в диапазона от 100-300ps ще заемат голям процент. За вериги с време на нарастване от 100 до 300 PS, разстоянието между слоевете от 3 милиона вече не е приложимо за повечето приложения. По това време е необходимо да се възприеме технологията на разслояване с междинното разстояние по-малко от 1mil и да се замени диелектричният материал FR4 с материала с висока диелектрична константа. Сега керамиката и пластмасовите пластмаси могат да отговорят на конструктивните изисквания на 100 до 300ps вериги за нарастване на времето.

Въпреки че в бъдеще могат да се използват нови материали и методи, обикновено схемите за време на възход от 1 до 3 ns, разстоянието между 3 и 6 милиметра и диелектричните материали FR4 обикновено са достатъчни, за да се справят с хармоници от висок клас и да правят преходни сигнали достатъчно ниски, т.е. , общ режим EMI може да бъде намален много ниско. В този документ е даден примерът за дизайн на слоено подреждане с PCB и се приема, че разстоянието между слоевете е 3 до 6 милиона.

електромагнитно екраниране

От гледна точка на маршрутизиране на сигнала, добра стратегия за наслояване трябва да бъде поставянето на всички сигнални следи в един или повече слоеве, които са до силовия слой или земната равнина. За захранването добра стратегия за наслояване трябва да бъде, че захранващият слой е в непосредствена близост до земната равнина, а разстоянието между захранващия слой и земната равнина трябва да бъде възможно най-малко, което наричаме стратегия за „наслояване“.

PCB стек

Каква стратегия за подреждане може да помогне за защитата и потушаването на EMI? Следващата схема на слоево подреждане предполага, че токът на захранване тече на един слой и че едно напрежение или множество напрежения се разпределят в различни части на един и същи слой. Случаят с множество силови слоеве ще бъде разгледан по-късно.

4-слойна плоча

Има някои потенциални проблеми в дизайна на 4-слойните ламинати. На първо място, дори ако сигналният слой е във външния слой и силата и земната равнина са във вътрешния слой, разстоянието между силовия слой и земната равнина все още е твърде голямо.

Ако изискването за разходи е първо, могат да се разгледат следните две алтернативи на традиционната 4-слойна дъска. И двете могат да подобрят ефективността на потискане на EMI, но те са подходящи само в случаите, 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 печатни платки са всички слоеве, а средните два слоя са сигнални / захранващи слоеве. Захранването на сигналния слой се пренасочва с широки линии, което прави импеданса на трасето на захранващия ток нисък и импеданса на сигналната микро лента нисък. От гледна точка на EMI контрола, това е най-добрата 4-слойна структура на печатни платки. Във втората схема външният слой носи силата и земята, а средният два слоя носи сигнала. В сравнение с традиционната 4-слойна дъска, подобряването на тази схема е по-малко, а междуслойният импеданс не е толкова добър, колкото този на традиционната 4-слойна дъска.

Ако импедансът на окабеляването трябва да се контролира, горната схема за подреждане трябва да бъде много внимателна, за да се постави окабеляването под медния остров на захранването и заземяването. Освен това медният остров на захранване или прослойка трябва да бъде свързан възможно най-много, за да се гарантира свързаността между постоянен ток и ниска честота.

6-слойна плоча

Ако плътността на компонентите на 4-слойната дъска е голяма, 6-слойната плоча е по-добра. Въпреки това, екраниращият ефект на някои схеми за подреждане в дизайна на 6-слойна дъска не е достатъчно добър и преходният сигнал на захранващата шина не се намалява. Два примера са разгледани по-долу.

В първия случай захранването и земята се поставят съответно на втория и петия слой. Поради високия импеданс на захранването с мед, облечен в много неблагоприятно положение, е да се контролира излъчването с общ режим EMI. От гледна точка на контрола на импеданса на сигнала обаче този метод е много правилен.

Във втория пример захранването и земята са поставени съответно в третия и четвъртия слой. Този дизайн решава проблема с меден импеданс на захранване. Поради лошите електромагнитни екраниращи характеристики на слой 1 и слой 6, диференциалният режим EMI 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 диференциалния режим EMI. Резултатите показват, че потискането на диференциалния режим EMI е особено добро, когато външният слой е запълнен с мед и медната облепена зона е заземена (на всеки интервал от 1/20 дължина на вълната). Както бе споменато по-горе, медът се полага


Време за публикуване: юли-29-2020