Ako vyriešiť problém EMI v dizajne viacvrstvových PCB?

Viete, ako vyriešiť problém EMI pri návrhu viacvrstvovej dosky plošných spojov?

Dovoľ mi povedať ti!

Existuje mnoho spôsobov, ako vyriešiť problémy s EMI.Moderné metódy potlačenia EMI zahŕňajú: použitie povlaku na potlačenie EMI, výber vhodných častí na potlačenie EMI a návrh simulácie EMI.Na základe najzákladnejšieho rozloženia PCB tento článok pojednáva o funkcii zásobníka PCB pri riadení EMI žiarenia a zručnosti pri navrhovaní PCB.

napájací autobus

Skok výstupného napätia integrovaného obvodu možno urýchliť umiestnením vhodnej kapacity blízko napájacieho kolíka integrovaného obvodu.Týmto sa však problém nekončí.Kvôli obmedzenej frekvenčnej odozve kondenzátora nie je možné, aby kondenzátor generoval harmonický výkon potrebný na čisté riadenie výstupu integrovaného obvodu v plnom frekvenčnom pásme.Okrem toho prechodné napätie vytvorené na napájacej zbernici spôsobí pokles napätia na oboch koncoch indukčnosti oddeľovacej cesty.Tieto prechodné napätia sú hlavnými zdrojmi elektromagnetického rušenia so spoločným režimom.Ako môžeme tieto problémy vyriešiť?

V prípade integrovaného obvodu na našej doske s plošnými spojmi možno výkonovú vrstvu okolo integrovaného obvodu považovať za dobrý vysokofrekvenčný kondenzátor, ktorý dokáže zhromažďovať energiu uniknutú diskrétnym kondenzátorom, ktorý poskytuje vysokofrekvenčnú energiu pre čistý výstup.Okrem toho je indukčnosť dobrej výkonovej vrstvy malá, takže prechodový signál syntetizovaný induktorom je tiež malý, čím sa znižuje EMI v spoločnom režime.

Samozrejme, spojenie medzi napájacou vrstvou a napájacím pinom IC musí byť čo najkratšie, pretože nábežná hrana digitálneho signálu je stále rýchlejšia.Je lepšie ho pripojiť priamo k podložke, kde sa nachádza napájací kolík IC, čo je potrebné prediskutovať samostatne.

Aby bolo možné riadiť EMI v spoločnom režime, musí byť výkonová vrstva dobre navrhnutá dvojica výkonových vrstiev, ktorá pomáha oddeľovať a má dostatočne nízku indukčnosť.Niektorí ľudia sa môžu pýtať, aké je to dobré?Odpoveď závisí od výkonovej vrstvy, materiálu medzi vrstvami a prevádzkovej frekvencie (tj funkcie doby nábehu IC).Vo všeobecnosti je rozstup výkonových vrstiev 6 mil a medzivrstva je z materiálu FR4, takže ekvivalentná kapacita na štvorcový palec výkonovej vrstvy je približne 75 pF.Je zrejmé, že čím menší je rozstup vrstiev, tým väčšia je kapacita.

Nie je veľa zariadení s dobou nábehu 100-300ps, ale podľa súčasného tempa vývoja IC budú vysoký podiel zaberať zariadenia s dobou nábehu v rozsahu 100-300ps.Pre obvody s dobou nábehu 100 až 300 PS už nie je pre väčšinu aplikácií použiteľný rozstup vrstiev 3 mil.V tom čase je potrebné prijať technológiu delaminácie s medzivrstvovou vzdialenosťou menšou ako 1 mil a nahradiť dielektrický materiál FR4 materiálom s vysokou dielektrickou konštantou.Teraz môžu keramika a črepníkové plasty spĺňať konštrukčné požiadavky obvodov doby nábehu 100 až 300 ps.

Aj keď sa v budúcnosti môžu použiť nové materiály a metódy, bežné obvody s dobou nábehu 1 až 3 ns, rozostup vrstiev 3 až 6 mil a dielektrické materiály FR4 zvyčajne postačujú na zvládnutie vyšších harmonických a na dostatočne nízke prechodové signály, tj. EMI v bežnom režime môže byť znížené veľmi nízko.V tomto článku je uvedený príklad návrhu vrstveného stohovania DPS a predpokladá sa, že rozstup vrstiev je 3 až 6 mil.

elektromagnetické tienenie

Z hľadiska smerovania signálu by dobrou stratégiou vrstvenia malo byť umiestnenie všetkých stôp signálu do jednej alebo viacerých vrstiev, ktoré sú vedľa výkonovej vrstvy alebo základnej roviny.Pre napájanie by mala byť dobrá stratégia vrstvenia taká, že napájacia vrstva susedí so základnou rovinou a vzdialenosť medzi napájacou vrstvou a základnou rovinou by mala byť čo najmenšia, čo nazývame stratégia „vrstvenia“.

zásobník DPS

Aký druh stohovacej stratégie môže pomôcť ochrániť a potlačiť EMI?Nasledujúca schéma vrstvenia predpokladá, že prúd napájacieho zdroja tečie jednou vrstvou a že jedno napätie alebo viaceré napätia sú distribuované v rôznych častiach tej istej vrstvy.Prípad viacerých výkonových vrstiev bude diskutovaný neskôr.

4-vrstvová doska

Pri navrhovaní 4-vrstvových laminátov existujú určité potenciálne problémy.Po prvé, aj keď je signálová vrstva vo vonkajšej vrstve a napájacia a zemná rovina sú vo vnútornej vrstve, vzdialenosť medzi napájacou vrstvou a zemnou rovinou je stále príliš veľká.

Ak je požiadavka na náklady prvá, možno zvážiť nasledujúce dve alternatívy k tradičnej 4-vrstvovej doske.Oba môžu zlepšiť výkon potlačenia EMI, ale sú vhodné len pre prípad, keď je hustota komponentov na doske dostatočne nízka a okolo komponentov je dostatok priestoru (na umiestnenie požadovaného medeného povlaku pre napájanie).

Prvá je preferovaná schéma.Vonkajšie vrstvy PCB sú všetky vrstvy a stredné dve vrstvy sú signálové / výkonové vrstvy.Napájanie na signálovej vrstve je vedené širokými vedeniami, čím je impedancia napájacieho prúdu nízka a impedancia mikropáskovej cesty signálu nízka.Z pohľadu EMI kontroly ide o najlepšiu dostupnú 4-vrstvovú štruktúru PCB.V druhej schéme vonkajšia vrstva nesie napájanie a zem a prostredná dve vrstvy nesie signál.V porovnaní s tradičnou 4-vrstvovou doskou je zlepšenie tejto schémy menšie a medzivrstvová impedancia nie je taká dobrá ako u tradičnej 4-vrstvovej dosky.

Ak má byť impedancia vedenia kontrolovaná, vyššie uvedená schéma stohovania by mala byť veľmi opatrná pri položení vedenia pod medený ostrovček napájania a uzemnenia.Okrem toho by mal byť medený ostrovček na napájaní alebo vrstve čo najviac prepojený, aby sa zabezpečila konektivita medzi jednosmerným prúdom a nízkou frekvenciou.

6-vrstvová doska

Ak je hustota komponentov na 4-vrstvovej doske veľká, 6-vrstvová doska je lepšia.Efekt tienenia niektorých stohovacích schém v dizajne 6-vrstvovej dosky však nie je dostatočne dobrý a prechodový signál napájacej zbernice sa nezníži.Dva príklady sú uvedené nižšie.

V prvom prípade sú napájací zdroj a zem umiestnené v druhej a piatej vrstve.Vzhľadom na vysokú impedanciu medeného napájacieho zdroja je veľmi nepriaznivé ovládať bežné EMI žiarenie.Z hľadiska riadenia impedancie signálu je však tento spôsob veľmi správny.

V druhom príklade sú napájací zdroj a zem umiestnené v tretej a štvrtej vrstve.Tento dizajn rieši problém medenej impedancie napájacieho zdroja.V dôsledku slabého výkonu elektromagnetického tienenia vrstvy 1 a vrstvy 6 sa diferenciálny režim EMI zvyšuje.Ak je počet signálových vedení na dvoch vonkajších vrstvách najmenší a dĺžka vedení je veľmi krátka (menej ako 1/20 najvyššej harmonickej vlnovej dĺžky signálu), návrh môže vyriešiť problém diferenciálneho režimu EMI.Výsledky ukazujú, že potlačenie EMI v diferenciálnom režime je obzvlášť dobré, keď je vonkajšia vrstva vyplnená meďou a oblasť pokrytá meďou je uzemnená (každú 1/20 intervalu vlnovej dĺžky).Ako je uvedené vyššie, položí sa meď


Čas odoslania: 29. júla 2020