Víte, jak vyřešit problém EMI při návrhu vícevrstvého PCB?
Řeknu vám to!
Existuje mnoho způsobů, jak vyřešit problémy s EMI.Moderní metody potlačení EMI zahrnují: použití povlaku pro potlačení EMI, výběr vhodných částí pro potlačení EMI a návrh simulace EMI.Na základě nejzákladnějšího rozvržení PCB tento článek pojednává o funkci svazku desek plošných spojů při řízení EMI záření a dovednostech při návrhu desek plošných spojů.
napájecí sběrnice
Skok výstupního napětí integrovaného obvodu lze urychlit umístěním vhodné kapacity blízko napájecího kolíku integrovaného obvodu.Tím však problém nekončí.Kvůli omezené frekvenční odezvě kondenzátoru je nemožné, aby kondenzátor generoval harmonický výkon potřebný k čistému buzení výstupu IC v plném frekvenčním pásmu.Navíc přechodové napětí vytvořené na napájecí sběrnici způsobí pokles napětí na obou koncích indukčnosti oddělovací cesty.Tato přechodná napětí jsou hlavními zdroji elektromagnetického rušení se společným režimem.Jak můžeme tyto problémy vyřešit?
V případě integrovaného obvodu na naší desce plošných spojů lze výkonovou vrstvu kolem integrovaného obvodu považovat za dobrý vysokofrekvenční kondenzátor, který může shromažďovat energii uniklou diskrétním kondenzátorem, který poskytuje vysokofrekvenční energii pro čistý výstup.Kromě toho je indukčnost dobré výkonové vrstvy malá, takže přechodový signál syntetizovaný induktorem je také malý, čímž se snižuje EMI v součinném režimu.
Spojení mezi napájecí vrstvou a napájecím pinem IC musí být samozřejmě co nejkratší, protože náběžná hrana digitálního signálu je stále rychlejší.Je lepší jej připojit přímo k podložce, kde je umístěn napájecí pin IC, což je potřeba probrat samostatně.
Aby bylo možné řídit EMI v běžném režimu, musí být výkonová vrstva dobře navrženým párem výkonových vrstev, které napomáhají oddělení a mají dostatečně nízkou indukčnost.Někteří lidé se mohou ptát, jak je to dobré?Odpověď závisí na výkonové vrstvě, materiálu mezi vrstvami a provozní frekvenci (tj. funkce doby náběhu IC).Obecně je rozteč výkonových vrstev 6 mil a mezivrstva je z materiálu FR4, takže ekvivalentní kapacita na čtvereční palec výkonové vrstvy je asi 75 pF.Je zřejmé, že čím menší je rozteč vrstev, tím větší je kapacita.
Zařízení s dobou náběhu 100-300ps není mnoho, ale podle současného tempa vývoje IC budou zařízení s dobou náběhu v rozsahu 100-300ps zaujímat vysoký podíl.Pro obvody s dobou náběhu 100 až 300 PS již není pro většinu aplikací použitelná vzdálenost vrstev 3 mil.V té době je nutné přijmout technologii delaminace s roztečí mezivrstvy menší než 1mil a nahradit dielektrický materiál FR4 materiálem s vysokou dielektrickou konstantou.Nyní mohou keramika a zalévané plasty splňovat konstrukční požadavky obvodů s dobou náběhu 100 až 300 ps.
Ačkoli v budoucnu mohou být použity nové materiály a metody, běžné obvody s dobou náběhu 1 až 3 ns, rozteč vrstev 3 až 6 mil a dielektrické materiály FR4 obvykle postačují ke zvládnutí vyšších harmonických a k tomu, aby přechodové signály byly dostatečně nízké, tzn. EMI v běžném režimu lze snížit velmi nízko.V tomto článku je uveden příklad návrhu vrstveného vrstvení DPS a předpokládá se, že rozteč vrstev je 3 až 6 mil.
elektromagnetické stínění
Z hlediska směrování signálu by dobrou strategií vrstvení mělo být umístění všech signálových tras do jedné nebo více vrstev, které jsou vedle výkonové vrstvy nebo zemní plochy.Pro napájení by dobrá strategie vrstvení měla být taková, že výkonová vrstva přiléhá k základní rovině a vzdálenost mezi napájecí vrstvou a základní rovinou by měla být co nejmenší, čemuž říkáme strategie „vrstvení“.
zásobník plošných spojů
Jaký druh stohovací strategie může pomoci odstínit a potlačit EMI?Následující schéma vrstveného vrstvení předpokládá, že napájecí proud teče na jedné vrstvě a že jedno napětí nebo více napětí je distribuováno v různých částech stejné vrstvy.Případ více výkonových vrstev bude diskutován později.
4vrstvá deska
Při návrhu 4vrstvých laminátů existují určité potenciální problémy.Za prvé, i když je signálová vrstva ve vnější vrstvě a napájecí a zemní plocha jsou ve vnitřní vrstvě, vzdálenost mezi napájecí vrstvou a zemní plochou je stále příliš velká.
Pokud je požadavek na cenu první, lze zvážit následující dvě alternativy k tradiční 4vrstvé desce.Oba mohou zlepšit výkon potlačení EMI, ale jsou vhodné pouze pro případ, kdy je hustota součástek na desce dostatečně nízká a kolem součástek je dostatek prostoru (pro umístění požadovaného měděného povlaku pro napájení).
První je preferované schéma.Vnější vrstvy PCB jsou všechny vrstvy a prostřední dvě vrstvy jsou signálové / výkonové vrstvy.Napájení na signálové vrstvě je vedeno širokými vedeními, čímž je impedance napájecího proudu nízká a impedance signálové mikropáskové cesty nízká.Z hlediska řízení EMI se jedná o nejlepší dostupnou 4vrstvou strukturu PCB.Ve druhém schématu přenáší vnější vrstva napájení a zem a prostřední dvě vrstvy přenášejí signál.Ve srovnání s tradiční 4vrstvou deskou je vylepšení tohoto schématu menší a impedance mezivrstvy není tak dobrá jako u tradiční 4vrstvé desky.
Pokud má být impedance vedení řízena, výše uvedené schéma stohování by mělo být velmi opatrné, aby se vedení položilo pod měděný ostrůvek napájení a uzemnění.Kromě toho by měl být měděný ostrov na napájecím zdroji nebo vrstvě co nejvíce propojen, aby byla zajištěna konektivita mezi stejnosměrným proudem a nízkou frekvencí.
6-vrstvá deska
Pokud je hustota součástek na 4vrstvé desce velká, je lepší 6vrstvá deska.Stínění některých schémat stohování v návrhu 6-vrstvé desky však není dost dobré a přechodový signál napájecí sběrnice není snížen.Dva příklady jsou diskutovány níže.
V prvním případě jsou napájecí zdroj a zem umístěny ve druhé a páté vrstvě.Vzhledem k vysoké impedanci měděného napájecího zdroje je velmi nepříznivé řídit elektromagnetické vyzařování v běžném režimu.Z hlediska řízení impedance signálu je však tento způsob velmi správný.
Ve druhém příkladu jsou napájecí zdroj a zem umístěny ve třetí a čtvrté vrstvě.Tato konstrukce řeší problém impedance napájecího zdroje s měděným pláštěm.Kvůli špatnému výkonu elektromagnetického stínění vrstvy 1 a vrstvy 6 se EMI v diferenciálním režimu zvyšuje.Pokud je počet signálových vedení na dvou vnějších vrstvách nejmenší a délka vedení je velmi krátká (méně než 1/20 nejvyšší harmonické vlnové délky signálu), návrh může vyřešit problém diferenciálního módu EMI.Výsledky ukazují, že potlačení EMI v diferenciálním módu je zvláště dobré, když je vnější vrstva vyplněna mědí a oblast pokrytá mědí je uzemněna (každý interval 1/20 vlnové délky).Jak je uvedeno výše, položí se měď
Čas odeslání: 29. července 2020
