Znate li kako riješiti EMI problem kod višeslojnog dizajna PCB-a?
Dopustite mi da vam kažem!
Postoji mnogo načina za rješavanje EMI problema.Moderne metode suzbijanja EMI uključuju: korištenje premaza za suzbijanje EMI, odabir odgovarajućih dijelova za suzbijanje EMI i dizajn simulacije EMI.Na temelju najosnovnijeg izgleda PCB-a, ovaj rad raspravlja o funkciji PCB sklopa u kontroli EMI zračenja i vještinama dizajna PCB-a.
strujna sabirnica
Skok izlaznog napona IC-a može se ubrzati postavljanjem odgovarajućeg kapaciteta blizu priključka za napajanje IC-a.Međutim, tu nije kraj problemu.Zbog ograničenog frekvencijskog odziva kondenzatora, nemoguće je da kondenzator generira harmonijsku snagu potrebnu za čisto pokretanje IC izlaza u punom frekvencijskom pojasu.Osim toga, prijelazni napon formiran na sabirnici napajanja uzrokovat će pad napona na oba kraja induktiviteta puta za odvajanje.Ovi prijelazni naponi glavni su izvori EMI smetnji uobičajenog načina rada.Kako možemo riješiti te probleme?
U slučaju IC-a na našoj sklopnoj ploči, sloj napajanja oko IC-a može se smatrati dobrim visokofrekventnim kondenzatorom, koji može prikupiti energiju koju ispušta diskretni kondenzator koji daje visokofrekventnu energiju za čisti izlaz.Osim toga, induktivitet dobrog sloja snage je mali, tako da je prijelazni signal sintetiziran od strane induktora također mali, čime se smanjuje EMI uobičajenog načina rada.
Naravno, veza između sloja napajanja i pina napajanja IC mora biti što kraća, jer je uzlazni rub digitalnog signala sve brži.Bolje ga je spojiti izravno na jastučić na kojem se nalazi pin za napajanje IC-a, o čemu treba posebno govoriti.
Kako bi se kontrolirao zajednički način rada EMI, energetski sloj mora biti dobro dizajniran par energetskih slojeva koji pomažu odvajanje i imaju dovoljno nisku induktivnost.Neki se ljudi mogu pitati koliko je to dobro?Odgovor ovisi o sloju snage, materijalu između slojeva i radnoj frekvenciji (tj. funkciji vremena porasta IC).Općenito, razmak između slojeva snage je 6 mil, a međusloj je FR4 materijal, tako da je ekvivalentni kapacitet po kvadratnom inču sloja snage oko 75 pF.Očito, što je manji razmak između slojeva, to je veći kapacitet.
Nema mnogo uređaja s vremenom porasta od 100-300 ps, ali prema trenutnoj stopi razvoja IC-a, uređaji s vremenom porasta u rasponu od 100-300 ps zauzet će veliki udio.Za krugove s vremenima porasta od 100 do 300 PS, razmak između slojeva od 3 mil više nije primjenjiv za većinu primjena.Tada je potrebno usvojiti tehnologiju delaminacije s međuslojnim razmakom manjim od 1mil, te zamijeniti FR4 dielektrični materijal materijalom visoke dielektrične konstante.Sada, keramika i plastika u loncima mogu ispuniti zahtjeve dizajna krugova s vremenom porasta od 100 do 300 ps.
Iako bi se u budućnosti mogli koristiti novi materijali i metode, uobičajeni krugovi s vremenom uspona od 1 do 3 ns, razmak između slojeva od 3 do 6 mil i dielektrični materijali FR4 obično su dovoljni za rukovanje visokim harmonicima i čine prijelazne signale dovoljno niskima, tj. , zajednički način EMI može se smanjiti vrlo nisko.U ovom radu dan je primjer dizajna slojevitog slaganja PCB-a, a pretpostavlja se da je razmak između slojeva 3 do 6 mil.
elektromagnetska zaštita
Sa stajališta usmjeravanja signala, dobra strategija slojevitosti trebala bi biti postavljanje svih tragova signala u jedan ili više slojeva, koji su pored sloja napajanja ili ravnine uzemljenja.Za opskrbu električnom energijom, dobra strategija slojevitosti trebala bi biti da se sloj napajanja nalazi u blizini uzemljenja, a udaljenost između sloja napajanja i ravni uzemljenja treba biti što je moguće manja, što nazivamo strategijom "slojevanja".
PCB snop
Kakva strategija slaganja može pomoći u zaštiti i suzbijanju EMI-ja?Sljedeća shema slojevitog slaganja pretpostavlja da struja napajanja teče na jednom sloju i da se jedan napon ili više napona distribuiraju u različitim dijelovima istog sloja.O slučaju višestrukih slojeva moći raspravljat ćemo kasnije.
4-slojna ploča
Postoje neki potencijalni problemi u dizajnu 4-slojnih laminata.Prije svega, čak i ako je signalni sloj u vanjskom sloju, a napajanje i uzemljenje u unutarnjem sloju, udaljenost između napona i uzemljenja još uvijek je prevelika.
Ako je troškovni zahtjev prvi, mogu se razmotriti sljedeće dvije alternative tradicionalnoj 4-slojnoj ploči.Oba mogu poboljšati performanse suzbijanja EMI-ja, ali su prikladni samo za slučaj kada je gustoća komponenti na ploči dovoljno niska i postoji dovoljno područja oko komponenti (za postavljanje potrebnog bakrenog premaza za napajanje).
Prva je preferirana shema.Svi vanjski slojevi PCB-a su slojevi, a srednja dva sloja su slojevi signala/snage.Napajanje na signalnom sloju je usmjereno širokim linijama, što impedanciju puta struje napajanja čini niskom, a impedanciju mikrotrakaste staze signala niskom.Iz perspektive EMI kontrole, ovo je najbolja dostupna 4-slojna PCB struktura.U drugoj shemi, vanjski sloj nosi napajanje i uzemljenje, a dva srednja sloja prenose 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 treba biti vrlo pažljiva kako bi se ožičenje položilo ispod bakrenog otoka napajanja i uzemljenja.Osim toga, bakreni otok na napajanju ili sloju treba biti međusobno povezan što je više moguće kako bi se osigurala povezanost između DC i niske frekvencije.
6-slojna ploča
Ako je gustoća komponenti na 4-slojnoj ploči velika, 6-slojna ploča je bolja.Međutim, učinak zaštite nekih shema slaganja u dizajnu 6-slojne ploče nije dovoljno dobar, a prijelazni signal sabirnice napajanja nije smanjen.U nastavku se raspravlja o dva primjera.
U prvom slučaju, napajanje i uzemljenje su smješteni u drugom i petom sloju.Zbog visoke impedancije napajanja obloženog bakrom, vrlo je nepovoljno kontrolirati zajedničko EMI zračenje.Međutim, sa stajališta kontrole impedancije signala, ova metoda je vrlo ispravna.
U drugom primjeru, napajanje i uzemljenje smješteni su u treći odnosno četvrti sloj.Ovaj dizajn rješava problem bakrene impedancije napajanja.Zbog slabe izvedbe elektromagnetske zaštite sloja 1 i sloja 6, EMI diferencijalnog načina rada se povećava.Ako je broj signalnih linija na dva vanjska sloja najmanji, a duljina linija vrlo kratka (manje od 1/20 najviše harmonijske valne duljine signala), dizajn može riješiti problem EMI-ja diferencijalnog načina rada.Rezultati pokazuju da je potiskivanje EMI diferencijalnog načina posebno dobro kada je vanjski sloj ispunjen bakrom, a područje presvučeno bakrom uzemljeno (svakih 1/20 intervala valne duljine).Kao što je gore spomenuto, mora se postaviti bakar
Vrijeme objave: 29. srpnja 2020
