Kako riješiti problem EMI u dizajnu višeslojnih PCB?

Znate li kako riješiti problem EMI prilikom dizajna višeslojnog PCB-a?

Dopustite mi da vam kažem!

Postoji mnogo načina za rješavanje EMI problema. Suvremene metode suzbijanja EMI uključuju: upotrebu premaza za suzbijanje EMI, odabir odgovarajućih dijelova za suzbijanje EMI i dizajn simulacije EMI. Na temelju najosnovnijeg izgleda PCB-a, u ovom radu se govori o funkciji PCB-a u kontroli EMI zračenja i vještina dizajna PCB-a.

električni autobus

Skok izlaznog napona IC može se ubrzati postavljanjem odgovarajućeg kapaciteta u blizini napajalnog zgloba IC. Međutim, ovo nije kraj problema. Zbog ograničenog frekvencijskog odziva kondenzatora, kondenzatoru je nemoguće generirati harmonijsku snagu potrebnu za čisti pogon IC izlaza u punom frekvencijskom opsegu. Uz to, prolazni napon formiran na magistrali uzrokovat će pad napona na oba kraja induktivnosti puta razdvajanja. Ti prolazni naponi su glavni uobičajeni izvori EMI interferencije. Kako možemo riješiti ove probleme?

U slučaju IC na našoj pločici, sloj snage oko IC može se smatrati dobrim visokofrekventnim kondenzatorom, koji može prikupiti energiju koja curi iz diskretnog kondenzatora koji daje visokofrekventnu energiju za čisti izlaz. Pored toga, induktivnost dobrog sloja snage je mala, pa je i prolazni signal, koji sintetizira induktor, također mali, čime se smanjuje EMI uobičajenog načina rada.

Naravno, veza između sloja napajanja i IC priključka za napajanje mora biti što kraća jer je uzlazni rub digitalnog signala sve brži i brži. Bolje je spojiti ga izravno na jastučić na kojem se nalazi IC utikač, o čemu treba zasebno razgovarati.

Da bi kontrolirao EMI sa uobičajenim načinom rada, energetski sloj mora biti dobro dizajniran par slojeva napajanja koji će se odvojiti i imati dovoljno nisku induktivnost. Neki se mogu pitati, koliko je to dobro? Odgovor ovisi o sloju snage, materijalu između slojeva i radnoj frekvenciji (tj. O funkciji vremena porasta IC-a). Općenito, razmak između slojeva snage je 6mil, a međusloj je FR4 materijal, pa je ekvivalentni kapacitet po kvadratnom inču sloja snage oko 75pF. Očito, što je manji razmak sloja, to je veći kapacitet.

Nema mnogo uređaja s vremenom porasta od 100-300ps, ali prema trenutnoj stopi razvoja IC, uređaji s vremenom uspona u rasponu od 100-300ps zauzet će velik udio. Za krugove s vremenima porasta od 100 do 300 PS, razmak od 3 milimetara više nije primjenjiv za većinu primjena. U to je vrijeme potrebno usvojiti tehnologiju delaminacije s razmakom međusloja manjim od 1 mil, te zamijeniti FR4 dielektrični materijal materijalom s visokom dielektričnom konstantom. Sada keramika i plastika u loncima mogu ispuniti zahtjeve dizajna od 100 do 300ps vremenskih krugova porasta.

Iako se u budućnosti mogu upotrebljavati novi materijali i metode, uobičajeni krugovi vremena porasta od 1 do 3 ns, razmak od 3 do 6 mil slojeva i dielektrični materijali FR4 obično su dovoljni za rukovanje vrhunskim harmonikama i privremene signale dovoljno niske, tj. , EMI uobičajenog načina rada može se smanjiti vrlo nisko. U ovom je radu dat primjer dizajna slaganja slojeva PCB-a, a pretpostavlja se da razmak slojeva iznosi 3 do 6 mil.

elektromagnetska zaštita

S gledišta usmjeravanja signala, dobra strategija slojeva trebala bi biti postavljanje svih tragova signala u jedan ili više slojeva, koji su uz sloj napajanja ili uzemljenje. Za opskrbu napajajem dobra bi slojevita strategija trebala biti da sloj snage bude u skladu s ravninom zemlje, a razmak između sloja napajanja i prizemne ravnine treba biti što manji, što nazivamo strategijom „slojevitosti“.

PCB stog

Kakva strategija slaganja može pomoći u zaštiti i suzbijanju EMI? Sljedeća shema slojevitog slaganja pretpostavlja da struja napajanja teče na jednom sloju i da se pojedinačni napon ili više napona raspoređuju u različitim dijelovima istog sloja. Slučaj višestrukih slojeva snage bit će razmotren 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 snaga i ravnina zemlje u unutarnjem sloju, razmak između sloja napajanja i masene površine je i dalje prevelik.

Ako je trošak zahtjeva prvi, mogu se razmotriti sljedeće dvije mogućnosti tradicionalnog četveroslojnog odbora. Oboje mogu poboljšati izvedbu EMI potiskivanja, ali prikladni su samo za slučaj kada je gustoća komponenata na ploči dovoljno niska i ima dovoljno područja oko komponenata (da se postavi potreban bakreni premaz za napajanje).

Prva je preferirana shema. Vanjski slojevi PCB-a su svi slojevi, a srednji su dva sloja signal / snaga. Napajanje na signalnom sloju usmjereno je širokim linijama, što čini impedansu puta struje napajanja niskom, a impedansu signalne mikrotrakaste staze niskom. Iz perspektive EMI kontrole, ovo je najbolja dostupna 4-slojna struktura PCB-a. U drugoj shemi, vanjski sloj nosi snagu i zemlju, a srednji dva sloja. U usporedbi s tradicionalnom četveroslojnom 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 oprezna pri postavljanju ožičenja ispod bakrenog otoka napajanja i uzemljenja. Uz to, bakreni otok na napajanju ili sloju trebao bi biti povezan što je više moguće kako bi se osigurala povezanost između istosmjerne i niske frekvencije.

6-slojna ploča

Ako je gustoća komponenata na 4-slojnoj ploči velika, 6-slojna ploča je bolja. Međutim, zaštitni učinak nekih shema slaganja u dizajnu 6-slojne ploče nije dovoljno dobar, a privremeni signal sabirnice snage nije smanjen. U nastavku su opisana dva primjera.

U prvom se slučaju napajanje i uzemljenje postavljaju u drugi, odnosno u peti sloj. Zbog velike impedance napajanja od bakra, vrlo je nepovoljno kontrolirati uobičajeno EMI zračenje. Međutim, sa stajališta upravljanja impedancijom signala, ova je metoda vrlo ispravna.

U drugom primjeru izvor napajanja i uzemljenje nalaze se u trećem i četvrtom sloju. Ovaj dizajn rješava problem impedancije napajanja napajanim bakrom. Zbog loših elektromagnetskih karakteristika zaštite 1 i 6 sloja, diferencijalni režim EMI se povećava. Ako je broj signalnih vodova na dva vanjska sloja najmanji, a duljina linija vrlo kratka (manje od 1/20 najveće harmonijske valne duljine signala), dizajn može riješiti problem diferencijalnog načina EMI. Rezultati pokazuju da je suzbijanje diferencijalnog načina EMI posebno dobro kada je vanjski sloj napunjen bakrom, a područje obloženo bakrom uzemljeno (svakih 1/20 valnih duljina). Kao što je gore spomenuto, polaže se bakar


Vrijeme objavljivanja: srpanj-29-2020