Știți cum să rezolvați problema EMI atunci când proiectați PCB cu mai multe straturi?
Lasa-ma sa iti spun!
Există multe modalități de a rezolva problemele EMI.Metodele moderne de suprimare EMI includ: utilizarea stratului de suprimare EMI, selectarea pieselor adecvate de suprimare EMI și proiectarea de simulare EMI.Pe baza celui mai de bază aspect al PCB, această lucrare discută funcția stivei de PCB în controlul radiației EMI și abilitățile de proiectare a PCB.
magistrală de alimentare
Saltul de tensiune de ieșire al IC poate fi accelerat prin plasarea capacității adecvate lângă pinul de alimentare al IC.Cu toate acestea, acesta nu este sfârșitul problemei.Datorită răspunsului în frecvență limitat al condensatorului, este imposibil ca condensatorul să genereze puterea armonică necesară pentru a conduce curat ieșirea IC în banda de frecvență completă.În plus, tensiunea tranzitorie formată pe magistrala de alimentare va provoca scăderea tensiunii la ambele capete ale inductanței căii de decuplare.Aceste tensiuni tranzitorii sunt principalele surse de interferență EMI în mod comun.Cum putem rezolva aceste probleme?
În cazul IC de pe placa noastră de circuit, stratul de putere din jurul IC poate fi privit ca un bun condensator de înaltă frecvență, care poate colecta energia scursă de condensatorul discret care oferă energie de înaltă frecvență pentru o ieșire curată.În plus, inductanța unui strat de putere bun este mică, astfel încât semnalul tranzitoriu sintetizat de inductor este, de asemenea, mic, reducând astfel modul comun EMI.
Desigur, conexiunea dintre stratul de alimentare și pinul de alimentare IC trebuie să fie cât mai scurtă posibil, deoarece marginea ascendentă a semnalului digital este din ce în ce mai rapidă.Este mai bine să-l conectați direct la pad-ul unde se află pinul de alimentare IC, care trebuie discutat separat.
Pentru a controla modul comun EMI, stratul de putere trebuie să fie o pereche de straturi de putere bine concepute pentru a ajuta la decuplare și să aibă o inductanță suficient de scăzută.Unii oameni ar putea întreba, cât de bun este?Răspunsul depinde de stratul de putere, de materialul dintre straturi și de frecvența de funcționare (adică, o funcție a timpului de creștere a circuitului integrat).În general, distanța dintre straturile de putere este de 6 mil, iar stratul intermediar este material FR4, astfel încât capacitatea echivalentă pe inch pătrat de strat de putere este de aproximativ 75pF.Evident, cu cât distanța dintre straturi este mai mică, cu atât capacitatea este mai mare.
Nu există multe dispozitive cu un timp de creștere de 100-300ps, dar, conform ratei actuale de dezvoltare a IC, dispozitivele cu timp de creștere în intervalul 100-300ps vor ocupa o proporție mare.Pentru circuitele cu timpi de creștere de la 100 la 300 PS, distanța dintre straturi de 3 mil nu mai este aplicabilă pentru majoritatea aplicațiilor.În acel moment, este necesar să se adopte tehnologia de delaminare cu distanța dintre straturi mai mică de 1 mil și să se înlocuiască materialul dielectric FR4 cu materialul cu constantă dielectrică ridicată.Acum, ceramica și materialele plastice în ghivece pot îndeplini cerințele de proiectare ale circuitelor cu timp de creștere de la 100 la 300 ps.
Deși în viitor pot fi utilizate materiale și metode noi, circuitele obișnuite cu timp de creștere de 1 până la 3 ns, distanța dintre straturi de 3 până la 6 mil și materialele dielectrice FR4 sunt de obicei suficiente pentru a gestiona armonicile de vârf și pentru a face semnale tranzitorii suficient de scăzute, adică , modul comun EMI poate fi redus foarte scăzut.În această lucrare, este dat exemplul de proiectare al stivuirii în straturi de PCB, iar distanța dintre straturi se presupune a fi de 3 până la 6 mil.
ecranare electromagnetică
Din punctul de vedere al direcționării semnalului, o strategie bună de stratificare ar trebui să fie plasarea tuturor urmelor semnalului într-unul sau mai multe straturi, care sunt lângă stratul de putere sau planul de masă.Pentru alimentarea cu energie, o strategie bună de stratificare ar trebui să fie ca stratul de putere să fie adiacent planului de masă, iar distanța dintre stratul de putere și planul de masă să fie cât mai mică posibil, ceea ce numim strategia de „stratificare”.
Stiva de PCB
Ce fel de strategie de stivuire poate ajuta la protejarea și suprimarea EMI?Următoarea schemă de stivuire stratificată presupune că curentul sursei de alimentare circulă pe un singur strat și că o singură tensiune sau mai multe tensiuni sunt distribuite în părți diferite ale aceluiași strat.Cazul mai multor straturi de putere va fi discutat mai târziu.
Placă cu 4 straturi
Există unele probleme potențiale în proiectarea laminatelor cu 4 straturi.În primul rând, chiar dacă stratul de semnal este în stratul exterior și planul de putere și de masă sunt în stratul interior, distanța dintre stratul de putere și planul de masă este încă prea mare.
Dacă cerința de cost este prima, pot fi luate în considerare următoarele două alternative la placa tradițională cu 4 straturi.Ambele pot îmbunătăți performanța de suprimare a EMI, dar sunt potrivite doar pentru cazul în care densitatea componentelor de pe placă este suficient de mică și există suficientă zonă în jurul componentelor (pentru a plasa stratul de cupru necesar pentru alimentarea cu energie).
Prima este schema preferată.Straturile exterioare ale PCB sunt toate straturi, iar cele două straturi din mijloc sunt straturi de semnal/putere.Sursa de alimentare de pe stratul de semnal este direcționată cu linii largi, ceea ce face ca impedanța de cale a curentului sursei de alimentare să fie scăzută și impedanța căii de microbandă a semnalului scăzută.Din perspectiva controlului EMI, aceasta este cea mai bună structură PCB cu 4 straturi disponibilă.În cea de-a doua schemă, stratul exterior transportă puterea și pământul, iar stratul din mijloc transportă semnalul.În comparație cu placa tradițională cu 4 straturi, îmbunătățirea acestei scheme este mai mică, iar impedanța interstrat nu este la fel de bună ca cea a plăcii tradiționale cu 4 straturi.
Dacă trebuie controlată impedanța cablajului, schema de stivuire de mai sus ar trebui să fie foarte atentă la așezarea cablajului sub insula de cupru a sursei de alimentare și împământare.În plus, insula de cupru de pe sursa de alimentare sau strat ar trebui să fie interconectată cât mai mult posibil pentru a asigura conectivitatea între DC și frecvența joasă.
Placă cu 6 straturi
Dacă densitatea componentelor de pe placa cu 4 straturi este mare, placa cu 6 straturi este mai bună.Cu toate acestea, efectul de ecranare al unor scheme de stivuire în proiectarea plăcii cu 6 straturi nu este suficient de bun, iar semnalul tranzitoriu al magistralei de alimentare nu este redus.Două exemple sunt discutate mai jos.
În primul caz, sursa de alimentare și împământarea sunt plasate în al doilea și, respectiv, al cincilea strat.Datorită impedanței mari a sursei de alimentare placate cu cupru, este foarte nefavorabil să se controleze radiația EMI în modul comun.Cu toate acestea, din punctul de vedere al controlului impedanței semnalului, această metodă este foarte corectă.
În al doilea exemplu, sursa de alimentare și împământarea sunt plasate în al treilea și, respectiv, al patrulea strat.Acest design rezolvă problema impedanței placate cu cupru a sursei de alimentare.Datorită performanței slabe de ecranare electromagnetică a stratului 1 și a stratului 6, modul diferențial EMI crește.Dacă numărul de linii de semnal de pe cele două straturi exterioare este cel mai mic și lungimea liniilor este foarte scurtă (mai puțin de 1 / 20 din cea mai mare lungime de undă armonică a semnalului), proiectarea poate rezolva problema modului diferenţial EMI.Rezultatele arată că suprimarea modului diferențial EMI este deosebit de bună atunci când stratul exterior este umplut cu cupru și zona placată cu cupru este împămânțată (la fiecare interval de lungime de undă de 1 / 20).După cum sa menționat mai sus, cuprul va fi așezat
Ora postării: 29-iul-2020
