Kaip išspręsti EMI problemą kuriant daugiasluoksnius PCB?

Ar žinote, kaip išspręsti EMI problemą, kai projektuojamas daugiasluoksnis PCB?

Leiskite man pasakyti jums!

EMI problemas galima išspręsti įvairiais būdais. Šiuolaikiniai EMI slopinimo metodai apima: EMI slopinamosios dangos naudojimą, tinkamų EMI slopinimo dalių parinkimą ir EMI modeliavimą. Remiantis paprasčiausiu PCB išdėstymu, šiame darbe aptariama PCB kamino funkcija kontroliuojant EMI spinduliuotę ir PCB projektavimo įgūdžiai.

galios autobusas

IC išėjimo įtampos šuolį galima pagreitinti dedant atitinkamą talpą šalia IC maitinimo kaiščio. Tačiau tai nėra problemos pabaiga. Dėl riboto kondensatoriaus dažnio atsako, kondensatoriui neįmanoma generuoti harmoninės galios, reikalingos švariam IC išėjimui per visą dažnio juostą. Be to, maitinimo magistralėje suformuota trumpalaikė įtampa sukels įtampos kritimą abiejuose atsiejimo kelio induktyvumo galuose. Šios trumpalaikės įtampos yra pagrindiniai įprasto režimo EMI trukdžių šaltiniai. Kaip mes galime išspręsti šias problemas?

Esant IC mūsų plokštėje, galios sluoksnis aplink IC gali būti laikomas geru aukšto dažnio kondensatoriumi, kuris gali surinkti energiją, kurią nutekėjo diskretus kondensatorius, užtikrinantis aukšto dažnio energiją švariam išėjimui. Be to, gero galios sluoksnio induktyvumas yra mažas, todėl induktoriaus sintetinamas pereinamasis signalas taip pat yra mažas, todėl sumažėja įprasto režimo EMI.

Žinoma, ryšys tarp maitinimo sluoksnio ir IC maitinimo šaltinio turi būti kuo trumpesnis, nes kylančiojo skaitmeninio signalo kraštas yra greitesnis ir greitesnis. Geriau jį prijungti tiesiai prie padėklo, kuriame yra IC maitinimo kaištis, kurį reikia aptarti atskirai.

Norint valdyti bendrojo režimo EMI, galios sluoksnis turi būti gerai suprojektuotas galios sluoksnių pora, kuris padėtų atsieti ir turėtų pakankamai žemą induktyvumą. Kai kurie žmonės gali paklausti, ar tai gerai? Atsakymas priklauso nuo galios sluoksnio, tarp sluoksnių esančios medžiagos ir veikimo dažnio (ty IC pakilimo laiko funkcijos). Paprastai galios sluoksnių tarpai yra 6mil, o tarpsluoksnis yra FR4 medžiagos, todėl ekvivalentinė talpa vienam kvadratiniam coliui galios sluoksnio yra apie 75pF. Akivaizdu, kad kuo mažesnis tarpas tarp sluoksnių, tuo didesnė talpa.

Nėra daug prietaisų, kurių kėlimo laikas yra 100–300 s, tačiau pagal dabartinį IC tobulėjimo tempą didelę dalį užims prietaisai, kurių kėlimo laikas yra 100–300 s. Grandinėms, kurių pakilimo laikas yra nuo 100 iki 300 PS, daugumai programų 3 mln. Sluoksnių tarpai nebetaikomi. Tuo metu būtina pritaikyti atskyrimo technologiją, kai tarpsluoksnis yra mažesnis nei 1mil, ir pakeisti dielektrinę medžiagą FR4 didele dielektrine konstanta. Dabar keramika ir vazoninis plastikas gali atitikti projektavimo reikalavimus, kurių kilimo laiko grandinės yra nuo 100 iki 300 s.

Nors ateityje gali būti naudojamos naujos medžiagos ir metodai, įprasti 1–3 ns pakilimo laiko grandinės, 3–6 mln. Sluoksnių tarpai ir FR4 dielektrinės medžiagos paprastai yra pakankamos aukštos klasės harmonikoms valdyti ir pereinamiesiems signalams padaryti pakankamai žemus, tai yra , įprasto režimo EMI galima sumažinti labai žemai. Šiame darbe pateiktas PCB sluoksnių klojimo projektavimo pavyzdys ir tariama, kad tarpai tarp sluoksnių yra nuo 3 iki 6 mil.

elektromagnetinis ekranas

Signalų nukreipimo požiūriu gera sluoksnių nustatymo strategija turėtų būti visų signalo pėdsakų išdėstymas viename ar keliuose sluoksniuose, kurie yra šalia maitinimo sluoksnio arba įžeminimo plokštumos. Elektros energijos tiekimui gera sluoksniavimo strategija turėtų būti ta, kad maitinimo sluoksnis yra greta įžeminimo plokštumos, o atstumas tarp maitinimo sluoksnio ir įžeminimo plokštumos turėtų būti kuo mažesnis, tai mes vadiname „sluoksniavimo“ strategija.

PCB krūva

Kokia krovimo strategija gali padėti apsaugoti ir slopinti EMI? Šioje sluoksniuotoje krovimo schemoje daroma prielaida, kad maitinimo šaltinio srovė teka ant vieno sluoksnio ir kad viena įtampa arba kelios įtampos yra paskirstytos skirtingose ​​to paties sluoksnio dalyse. Kelių galios sluoksnių atvejis bus aptariamas vėliau.

4 sluoksnių plokštė

Kuriant 4 sluoksnių laminatus, yra keletas galimų problemų. Visų pirma, net jei signalo sluoksnis yra išoriniame sluoksnyje, o galia ir įžeminimo plokštuma yra vidiniame, atstumas tarp maitinimo sluoksnio ir įžeminimo plokštumos vis tiek yra per didelis.

Jei išlaidų reikalavimas yra pirmasis, gali būti svarstomos šios dvi tradicinės 4 sluoksnių plokštės alternatyvos. Abi jos gali pagerinti EMI slopinimo efektyvumą, tačiau jos tinka tik tuo atveju, kai lentos komponentų tankis yra pakankamai mažas ir aplink komponentus yra pakankamai ploto (kad būtų padėta reikalinga vario danga, skirta maitinti).

Pirmoji yra pageidaujama schema. Išoriniai PCB sluoksniai yra visi sluoksniai, o viduriniai du sluoksniai yra signalo / galios sluoksniai. Signalo sluoksnio maitinimas yra nukreiptas plačiomis linijomis, dėl ko maža maitinimo šaltinio srovės kelio impedancija ir maža signalo mikrojuostelės kelio impedancija. EMI kontrolės požiūriu, tai yra geriausia turima 4 sluoksnių PCB struktūra. Antrojoje schemoje išorinis sluoksnis neša galią ir žemę, o vidurinis du sluoksnis - signalą. Palyginti su tradicine 4 sluoksnių lenta, šios schemos patobulinimas yra mažesnis, o tarpsluoksnių varža nėra tokia gera kaip tradicinės 4 sluoksnių plokštės.

Jei reikia valdyti laidų varžą, aukščiau pateiktoje krovimo schemoje reikia būti labai atidiems ir nutiesti laidus po varinės salos maitinimo šaltiniu ir įžeminimu. Be to, maitinimo šaltinyje arba sluoksnyje esanti vario sala turėtų būti kiek įmanoma sujungta, kad būtų užtikrintas nuolatinės ir žemos dažnio ryšys.

6 sluoksnių plokštė

Jei 4 sluoksnių plokštės komponentų tankis yra didelis, 6 sluoksnių plokštė yra geresnė. Tačiau kai kurių krovimo schemų ekrano efektas projektuojant 6 sluoksnių plokštę nėra pakankamai geras, o trumpalaikis galios magistralės signalas nesumažėja. Toliau aptariami du pavyzdžiai.

Pirmuoju atveju maitinimo šaltinis ir įžeminimas dedami atitinkamai į antrą ir penktą sluoksnius. Dėl didelio vario plakiruoto maitinimo šaltinio varžos labai nepalanku valdyti bendrojo režimo EMI spinduliuotę. Tačiau signalo varžos valdymo požiūriu šis metodas yra labai teisingas.

Antrame pavyzdyje maitinimo šaltinis ir įžeminimas yra dedami atitinkamai į trečiąjį ir ketvirtąjį sluoksnius. Ši konstrukcija išsprendžia vario plakiruoto energijos tiekimo varžos problemą. Dėl blogo 1 ir 6 sluoksnių elektromagnetinio ekrano veikimo padidėja diferencinio režimo EMI. Jei signalo linijų skaičius ant dviejų išorinių sluoksnių yra mažiausias, o linijų ilgis yra labai trumpas (mažiau nei 1/20 didžiausio harmoninio signalo bangos ilgio), dizainas gali išspręsti diferencinio režimo EMI problemą. Rezultatai rodo, kad diferencinio režimo EMI slopinimas yra ypač geras, kai išorinis sluoksnis yra užpildytas variu ir vario plakiruotas plotas yra įžemintas (kas 1/20 bangos ilgio intervalas). Kaip minėta pirmiau, turi būti klojamas varis


Skelbimo laikas: 2020 m. Liepos 29 d