Jak vyřešit problém EMI v designu vícevrstvé desky plošných spojů?

Víte, jak vyřešit problém EMI při návrhu vícevrstvé desky plošných spojů?

Dovolte mi to říct!

Existuje mnoho způsobů, jak vyřešit problémy s EMI. Mezi moderní metody potlačení EMI patří: použití povlaku potlačení EMI, výběr vhodných částí potlačení EMI a návrh simulace EMI. Na základě nejzákladnějšího rozvržení desky plošných spojů pojednává tento článek o úloze zásobníku plošných spojů v řízení schopností EMI radiace a navrhování PCB.

napájecí sběrnice

Skok výstupního napětí IC lze zrychlit umístěním vhodné kapacity poblíž napájecího kolíku IC. Tím však problém nekončí. Kvůli omezené frekvenční odezvě kondenzátoru je nemožné, aby kondenzátor generoval harmonický výkon potřebný k čistému řízení výstupu IC v plném frekvenčním pásmu. Kromě toho přechodné napětí vytvořené na napájecí sběrnici způsobí pokles napětí na obou koncích indukčnosti oddělovací cesty. Tato přechodná napětí jsou hlavními zdroji rušení EMI v běžném režimu. Jak můžeme tyto problémy vyřešit?

V případě IC na naší desce obvodů lze výkonovou vrstvu kolem IC 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 přechodný signál syntetizovaný induktorem je také malý, čímž se snižuje EMI ve společném režimu.

Spojení mezi vrstvou napájení a IC napájecím kolíkem musí být samozřejmě co nejkratší, protože náběžná hrana digitálního signálu je rychlejší a rychlejší. Je lepší jej připojit přímo k podložce, kde je umístěn napájecí kolík IC, což je třeba projednat samostatně.

Aby bylo možné řídit EMI v běžném režimu, musí být výkonová vrstva dobře navrženým párem výkonových vrstev, které pomáhají 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. Funkci doby nárůstu IC). Obecně je rozteč výkonových vrstev 6 mil a mezivrstva je materiál FR4, takže ekvivalentní kapacita na čtvereční palec výkonové vrstvy je asi 75 pF. Je zřejmé, že čím menší je mezera mezi vrstvami, tím větší je kapacita.

Není mnoho zařízení s dobou náběhu 100-300ps, ale podle současné rychlosti vývoje IC, zařízení s dobou náběhu v rozsahu 100-300ps obsadí vysoký podíl. U obvodů s dobou náběhu 100 až 300 PS již není pro většinu aplikací použitelný rozestup 3 mil. V té době je nutné přijmout technologii delaminace s mezerami mezi vrstvami menšími než 1 mil a nahradit dielektrický materiál FR4 materiálem s vysokou dielektrickou konstantou. Keramika a plasty v květináči nyní mohou splňovat požadavky na design časových obvodů 100 až 300 s.

I když v budoucnu mohou být použity nové materiály a metody, běžné 1 až 3 ns náběžné časové obvody, 3 až 6 mil. Rozestupu vrstev a FR4 dielektrické materiály jsou obvykle dostačující k tomu, aby zvládly špičkové harmonické kmity a aby přechodné signály byly dostatečně nízké, to je , EMI v běžném režimu lze snížit velmi nízko. V tomto článku je uveden příklad provedení stohování na plošných spojích s plošnými spoji a předpokládá se, že rozteč vrstev bude 3 až 6 mil. Mm.

elektromagnetické stínění

Z hlediska směrování signálu by měla být dobrá strategie vrstvení umístit všechny stopy signálu do jedné nebo více vrstev, které jsou vedle výkonové vrstvy nebo základní roviny. Pokud jde o napájení, dobrou strategií vrstvení by mělo být to, že výkonová vrstva přiléhá k základní rovině a vzdálenost mezi výkonovou vrstvou a základní rovinou by měla být co nejmenší, což se nazývá strategie „vrstvení“.

Zásobník PCB

Jaká strategie stohování může pomoci chránit a potlačit EMI? Následující schéma vrstveného stohování předpokládá, že proud napájecího proudu teče na jedné vrstvě a že jedno napětí nebo více napětí jsou distribuovány v různých částech stejné vrstvy. Případ více výkonových vrstev bude diskutován později.

4vrstvá deska

Při konstrukci čtyřvrstvých laminátů existují určité potenciální problémy. Za prvé, i když je signální vrstva ve vnější vrstvě a napájecí a zemní rovina jsou ve vnitřní vrstvě, vzdálenost mezi výkonovou vrstvou a základní rovinou je stále příliš velká.

Pokud je požadavek na náklady první, lze zvážit následující dvě alternativy k tradiční čtyřvrstvé desce. Oba mohou zlepšit účinnost potlačení EMI, ale jsou vhodné pouze pro případ, kdy je hustota složek na desce dostatečně nízká a kolem komponent je dostatek plochy (umístit požadovaný měděný povlak pro napájení).

První je preferované schéma. Vnější vrstvy PCB jsou všechny vrstvy a střední dvě vrstvy jsou vrstvy signálu / výkonu. Napájení na signálové vrstvě je směrováno širokými linkami, což snižuje impedanci dráhy napájecího proudu a impedanci mikropáskové dráhy signálu. Z pohledu řízení EMI je to nejlepší dostupná 4-vrstvová struktura DPS. Ve druhém schématu vnější vrstva nese energii a zem a střední dvě vrstvy nese signál. Ve srovnání s tradiční čtyřvrstvou deskou je zlepšení tohoto schématu menší a impedance mezivrstvy není tak dobrá jako impedance tradiční čtyřvrstvé desky.

Má-li být impedance vedení ovládána, výše uvedené schéma stohování by mělo být velmi opatrné, aby vedení bylo položeno pod měděný ostrov zdroje napájení a uzemnění. Kromě toho by měl být měděný ostrov na napájecím zdroji nebo vrstvě co nejvíce propojen, aby se zajistila propojení mezi stejnosměrným a nízkým kmitočtem.

6vrstvá deska

Pokud je hustota součástí na 4-vrstvé desce velká, je 6-vrstva deska lepší. Stínící efekt některých stohovacích schémat v konstrukci 6vrstvé desky však není dostatečně dobrý a přechodový signál napájecí sběrnice není snížen. Dva příklady jsou diskutovány níže.

V prvním případě jsou napájení a zem umístěny ve druhé a páté vrstvě. Vzhledem k vysoké impedanci zdroje mědi pokrytého mědí je velmi nepříznivé řídit běžné EMI záření. Z hlediska řízení impedance signálu je však tato metoda velmi správná.

Ve druhém příkladu jsou napájecí zdroj a uzemnění umístěny ve třetí a čtvrté vrstvě. Tato konstrukce řeší problém měděné impedance napájecího zdroje. Kvůli špatnému elektromagnetickému stínění výkonu vrstvy 1 a vrstvy 6 se zvyšuje EMI v diferenciálním režimu. Pokud je počet signálních linek na dvou vnějších vrstvách nejméně a délka linek je velmi krátká (méně než 1/20 nejvyšší harmonické vlnové délky signálu), může návrh vyřešit problém diferenciálního režimu EMI. Výsledky ukazují, že potlačení EMI s diferenciálním režimem je zvláště dobré, když je vnější vrstva naplněna mědí a měděná plátovaná plocha je uzemněna (každý interval 1/20 vlnových délek). Jak bylo uvedeno výše, měď se pokládá


Čas zveřejnění: červenec-29-2020