Kako riješiti problem EMI u dizajnu višeslojnih PCB?

Znate li kako riješiti problem EMI prilikom dizajna višeslojnog PCB-a?

Da ti kažem!

Postoji mnogo načina za rješavanje problema EMI. Suvremene metode suzbijanja EMI uključuju: upotrebu premaza za suzbijanje EMI, odabir odgovarajućih dijelova za suzbijanje EMI i dizajn simulacije EMI. Na osnovu najosnovnijeg izgleda PCB-a, ovaj rad raspravlja o funkciji PCB stoga u kontroli EMI zračenja i vještinama dizajniranja PCB-a.

magistrala

Skok izlaznog napona IC može se ubrzati postavljanjem odgovarajućeg kapaciteta u blizini napajanja IC. Međutim, ovo nije kraj problema. Zbog ograničenog frekvencijskog odziva kondenzatora, nemoguće je da kondenzator generira harmonijsku snagu potrebnu za čisti pogon IC izlaza u punom frekvencijskom opsegu. Pored toga, prolazni napon formiran na magistrali uzrokovat će pad napona na oba kraja induktivnosti puta razdvajanja. Ovi privremeni naponi su glavni izvori EMI smetnji u uobičajenom načinu rada. Kako možemo riješiti ove probleme?

U slučaju IC na našoj sklopnoj ploči, energetski sloj oko IC-a može se smatrati dobrim visokofrekventnim kondenzatorom, koji može sakupljati energiju propuštenu diskretnim kondenzatorom koji osigurava visoku frekvenciju energije za čisti izlaz. Pored toga, induktivnost dobrog sloja snage je mala, pa je i prolazni signal, koji sintetizira induktor, takođe mali, što smanjuje EMI uobičajenog načina rada.

Naravno, veza između sloja napajanja i IC priključka za napajanje mora biti što kraća, jer uzlazni rub digitalnog signala postaje sve brži i brži. Bolje je da ga spajate direktno na jastučić na kojem se nalazi IC utikač, o čemu treba zasebno razgovarati.

Da bi se kontrolirao EMI uobičajenog načina rada, energetski sloj mora biti dobro dizajniran par energetskih slojeva koji pomažu razdvajanju i imaju dovoljno malu induktivnost. Neki se ljudi mogu pitati, koliko je to dobro? Odgovor ovisi o sloju snage, materijalu između slojeva i radnoj frekvenciji (tj. Funkciji IC porasta vremena). Generalno, razmak energetskih slojeva je 6 mil, a međusloj je FR4 materijal, tako da je ekvivalentni kapacitet po kvadratnom inču energetskog sloja oko 75 pF. Očito je da je manji razmak slojeva, veći je kapacitet.

Nema mnogo uređaja s vremenom porasta od 100-300ps, ali prema trenutnoj brzini razvoja IC-a uređaji s vremenom porasta u rasponu od 100-300ps zauzet će visok udio. Za krugove s vremenima porasta od 100 do 300 PS, razmak od 3 milimetara više nije primjenjiv za većinu aplikacija. Tada je potrebno usvojiti tehnologiju delaminacije s razmakom između slojeva manjom od 1mil i zamijeniti dielektrični materijal FR4 materijalom visoke dielektrične konstante. Sada keramika i plastika u saksiji mogu ispuniti zahtjeve dizajna od 100 do 300ps vremenskih krugova porasta.

Iako se u budućnosti mogu koristiti novi materijali i metode, uobičajeni krugovi vremena porasta od 1 do 3 ns, razmak od 3 do 6 mil slojeva i dielektrični materijali FR4 obično su dovoljni za rukovanje vrhunskim harmonikama i privremene signale dovoljno niske, tj. , EMI uobičajenog načina rada može se smanjiti vrlo nisko. U ovom radu dat je primer dizajna slojevitog slaganja PCB-a, a pretpostavlja se da su razmaci slojeva od 3 do 6 mil.

elektromagnetsko okidanje

S gledišta usmjeravanja signala, dobra strategija slojevitosti trebala bi biti postavljanje svih tragova signala u jedan ili više slojeva koji su pored sloja snage ili ravnine tla. Za opskrbu električnom energijom dobra bi slojevita strategija trebala biti da sloj snage bude u skladu s ravninom zemlje, a razmak između sloja napajanja i prizemne ravnine mora biti što je moguće manji, što nazivamo strategijom „slojevitosti“.

PCB stog

Kakva strategija slaganja može pomoći u zaštiti i suzbijanju EMI? Sljedeća slojevita shema slaganja pretpostavlja da struja napajanja teče na jednom sloju i da se jedan napon ili više napona raspodjeljuju u različitim dijelovima istog sloja. Slučaj više slojeva snage bit će razmatran kasnije.

4-slojna ploča

Postoje neki potencijalni problemi u dizajnu četveroslojnih laminata. Prije svega, čak i ako se signalni sloj nalazi u vanjskom sloju, a snaga i ravnina zemlje u unutarnjem sloju, razmak između sloja napajanja i masene površine je i dalje prevelik.

Ako je zahtjev za troškovima prvi, mogu se razmotriti sljedeće dvije alternative tradicionalnoj četveroslojnoj ploči. Oboje mogu poboljšati performanse suzbijanja EMI, ali prikladni su samo u slučaju kada je gustoća komponenti na ploči dovoljno niska i dovoljno prostora oko komponenata (za postavljanje potrebne bakrene prevlake za napajanje).

Prva je preferirana šema. Vanjski slojevi PCB-a su svi slojevi, a srednja su dva sloja signal / snaga. Napajanje na signalnom sloju usmjereno je širokim linijama, što smanjuje impedansu putanje napajanja strujom i nisku impedansu putanje signalnog mikrotraka. Iz perspektive EMI kontrole ovo je najbolja 4-slojna PCB struktura. U drugoj shemi vanjski sloj nosi snagu i zemlju, a srednji dva sloj signal. U usporedbi s tradicionalnom 4-slojnom pločom, poboljšanje ove sheme je manje, a međuslojna impedancija nije tako dobra kao kod tradicionalne 4-slojne ploče.

Ako se želi kontrolirati impedancija ožičenja, gornja shema slaganja trebala bi biti vrlo oprezna za postavljanje ožičenja ispod bakrenog otoka napajanja i uzemljenja. Pored toga, bakreno ostrvo na napajanju ili sloju treba biti povezano što je više moguće kako bi se osigurala povezanost između jednosmerne i niske frekvencije.

6-slojna ploča

Ako je gustoća komponenata na 4-slojnoj ploči velika, 6-slojna ploča je bolja. Međutim, zaštitni učinak nekih shema slaganja u dizajnu 6-slojne ploče nije dovoljno dobar, a privremeni signal sabirnice snage nije smanjen. U nastavku se razmatraju dva primjera.

U prvom se slučaju napajanje i uzemljenje postavljaju u drugi, odnosno u peti sloj. Zbog velike impedance napajanja od bakra, vrlo je nepovoljno kontrolirati uobičajeno EMI zračenje. Međutim, sa stanovišta kontrole impedancije signala, ova metoda je veoma ispravna.

U drugom primjeru, napajanje i uzemljenje smješteni su u treći odnosno četvrti sloj. Ovaj dizajn rješava problem impedance napona presvučene bakrom. Zbog loših karakteristika zaštite od elektromagnetskog zaštite sloja 1 i sloja 6, diferencijalni režim EMI raste. Ako je broj signalnih linija na dva vanjska sloja najmanji, a duljina linija vrlo kratka (manja od 1/20 najveće harmonične valne duljine signala), dizajn može riješiti problem diferencijalnog načina EMI. Rezultati pokazuju da je suzbijanje diferencijalnog moda EMI posebno dobro kada je vanjski sloj napunjen bakrom, a površina obložena bakrom uzemljena (svakih 1/20 valnih dužina). Kao što je gore spomenuto, polaže se bakar


Vrijeme objave: 29.-20