Kā atrisināt EMI problēmu daudzslāņu PCB dizainā?

Vai jūs zināt, kā atrisināt EMI problēmu, izstrādājot daudzslāņu PCB?

Ļaujiet man jums pastāstīt!

EMI problēmu risināšanai ir daudz veidu. Mūsdienu EMI slāpēšanas metodes ietver: EMI slāpēšanas pārklājuma izmantošanu, piemērotu EMI slāpēšanas daļu izvēli un EMI simulācijas dizainu. Balstoties uz visvienkāršāko PCB izkārtojumu, šajā rakstā apskatīta PCB kaudzītes funkcija EMI starojuma un PCB projektēšanas prasmju kontrolē.

jaudas autobuss

IC izejas sprieguma lēcienu var paātrināt, novietojot atbilstošu kapacitāti netālu no IC strāvas tapas. Tomēr tas nav problēmas beigas. Kondensatora ierobežotās frekvences reakcijas dēļ kondensatoram nav iespējams ģenerēt harmonisko spēku, kas vajadzīgs, lai tīri vadītu IC izeju pilnā frekvences joslā. Turklāt pārejas spriegums, kas izveidojies barošanas kopnē, izraisīs sprieguma kritumu abos atsaistīšanas ceļa induktivitātes galos. Šie pārejošie spriegumi ir galvenie kopējā režīma EMI traucējumu avoti. Kā mēs varam atrisināt šīs problēmas?

Attiecībā uz mūsu shēmas IC, jaudas slāni ap IC var uzskatīt par labu augstas frekvences kondensatoru, kas var savākt enerģiju, ko noplūdis diskrētais kondensators, kas nodrošina augstas frekvences enerģiju tīrai izejai. Turklāt laba jaudas slāņa induktivitāte ir maza, tāpēc arī induktora sintezētais pārejošais signāls ir mazs, tādējādi samazinot kopējā režīma EMI.

Protams, savienojumam starp strāvas padeves slāni un IC strāvas padeves tapu jābūt pēc iespējas īsākam, jo ​​digitālā signāla augšējā mala ir ātrāka un ātrāka. Labāk to savienot tieši ar spilventiņu, kur atrodas IC strāvas tapa, kas ir atsevišķi jāapspriež.

Lai kontrolētu parasto režīmu EMI, strāvas slānim jābūt labi izstrādātam jaudas slāņu pārim, lai palīdzētu atdalīties, un tam ir pietiekami zema induktivitāte. Daži cilvēki var jautāt, cik tas ir labi? Atbilde ir atkarīga no jaudas slāņa, materiāla starp slāņiem un darbības frekvences (ti, no IC pieauguma laika funkcijas). Kopumā jaudas slāņu atstatums ir 6mil, un starpslānis ir FR4 materiāls, tāpēc ekvivalenta kapacitāte uz vienu enerģijas slāņa kvadrātcollu ir aptuveni 75pF. Acīmredzot, jo mazāks ir atstarpe starp slāņiem, jo ​​lielāka ir kapacitāte.

Ierīču ar 100-300ps pieauguma laiku nav daudz, taču saskaņā ar pašreizējo IC attīstības ātrumu ierīces ar pieauguma laiku diapazonā 100-300ps aizņems lielu daļu. Ķēdēm ar 100 līdz 300 PS pieauguma laikiem lielākajai daļai lietojumprogrammu 3 mil slāņu atstatums vairs nav piemērojams. Tajā laikā ir jāpieņem delaminēšanas tehnoloģija ar starpslāņu atstarpi, kas mazāka par 1mil, un FR4 dielektriskais materiāls jāaizstāj ar materiālu ar augstu dielektrisko konstanti. Tagad keramika un keramikas plastmasas var izpildīt projektēšanas prasības no 100 līdz 300ps pieauguma laika ķēdēm.

Lai arī nākotnē var izmantot jaunus materiālus un metodes, parasti ar 1–3 ns pieauguma laika shēmām, 3 līdz 6 mil slāņu atstarpi un FR4 dielektriskiem materiāliem parasti pietiek, lai apstrādātu augstākās klases harmonikas un īslaicīgus signālus padarītu pietiekami zemus, tas ir , kopējā režīma EMI var samazināt ļoti zemu. Šajā rakstā ir dots PCB slāņveida sakraušanas dizaina piemērs, un tiek pieņemts, ka slāņu atstatums ir no 3 līdz 6 milj.

elektromagnētiskais vairogs

No signāla maršrutēšanas viedokļa labai slāņošanas stratēģijai vajadzētu būt visu signāla pēdu novietošanai vienā vai vairākos slāņos, kas atrodas blakus strāvas slānim vai iezemētajai plaknei. Strāvas padevei labai slāņošanas stratēģijai jābūt tādai, lai strāvas slānis atrastos blakus pamatplaknei, un attālumam starp barošanas slāni un iezemēto plati būtu jābūt pēc iespējas mazākam, ko mēs saucam par “slāņošanas” stratēģiju.

PCB kaudze

Kāda veida kraušanas stratēģija var palīdzēt aizsargāt un nomākt EMI? Šajā slāņveida sakraušanas shēmā tiek pieņemts, ka strāvas padeves strāva plūst uz viena slāņa un viena sprieguma vai vairāku spriegumu sadalījums vienā un tajā pašā slāņa dažādās daļās. Vairāku jaudas slāņu gadījums tiks apspriests vēlāk.

4-kārtu plāksne

4-kārtu laminātu dizainā ir dažas iespējamās problēmas. Pirmkārt, pat ja signāla slānis atrodas ārējā slānī un jauda un iezemētā plakne atrodas iekšējā slānī, attālums starp jaudas slāni un iezemēto plakni joprojām ir pārāk liels.

Ja izmaksu prasība ir pirmā, var apsvērt divas tradicionālās četrslāņu plātnes alternatīvas. Abas no tām var uzlabot EMI slāpēšanas veiktspēju, taču tās ir piemērotas tikai gadījumiem, kad komponentu blīvums uz tāfeles ir pietiekami zems un ap komponentiem ir pietiekami daudz laukuma (lai ievietotu nepieciešamo vara pārklājumu barošanas avotam).

Pirmā ir vēlamā shēma. PCB ārējie slāņi ir visi slāņi, un divi vidējie slāņi ir signāla / jaudas slāņi. Strāvas padeve uz signāla slāņa tiek novadīta ar platām līnijām, kas padara zemu barošanas strāvas ceļa pretestību un zemu signāla mikrostrāvas ceļa pretestību. No EMI kontroles viedokļa šī ir labākā pieejamā 4-slāņu PCB struktūra. Otrajā shēmā ārējais slānis nes spēku un zemi, un vidējais divi slānis nes signālu. Salīdzinot ar tradicionālo četrslāņu plāksni, šīs shēmas uzlabojumi ir mazāki, un starpslāņu pretestība nav tik laba kā tradicionālajai 4-slāņu plāksnei.

Ja elektroinstalācijas pretestība ir jākontrolē, tad iepriekšminētajai kraušanas shēmai jābūt ļoti uzmanīgai, lai vadu novietotu zem barošanas avota un zemējuma vara salas. Turklāt vara salai pie barošanas avota vai slāņa jābūt pēc iespējas savstarpēji savienotam, lai nodrošinātu savienojamību starp līdzstrāvu un zemu frekvenci.

6-slāņu plāksne

Ja 4 slāņu plātnes komponentu blīvums ir liels, 6 slāņu plāksne ir labāka. Tomēr dažu kraušanas shēmu ekranēšanas efekts 6-slāņu dēļu projektēšanā nav pietiekami labs, un strāvas kopnes pārejošais signāls netiek samazināts. Turpmāk apskatīti divi piemēri.

Pirmajā gadījumā barošanas avots un zeme tiek novietoti attiecīgi otrajā un piektajā slānī. Vara pārklājuma barošanas avota lielā pretestības dēļ ir ļoti nelabvēlīgi kontrolēt kopējā režīma EMI starojumu. Tomēr no signāla pretestības kontroles viedokļa šī metode ir ļoti pareiza.

Otrajā piemērā barošanas avots un zeme ir novietoti attiecīgi trešajā un ceturtajā slānī. Šis dizains atrisina vara pārklājuma pretestības problēmu barošanas avotam. Slāņa 1 un 6 slikto elektromagnētisko ekranēšanas īpašību dēļ diferenciālā režīma EMI palielinās. Ja signāla līniju skaits uz diviem ārējiem slāņiem ir vismazākais un līniju garums ir ļoti īss (mazāks par 1/20 no signāla augstākā harmoniskā viļņa garuma), dizains var atrisināt diferenciālā režīma EMI problēmu. Rezultāti parāda, ka diferenciālā režīma EMI slāpēšana ir īpaši laba, ja ārējais slānis ir piepildīts ar varu un vara apšuvuma laukums ir iezemēts (ik pēc 1/20 viļņa garuma intervāla). Kā minēts iepriekš, jāuzliek varš


Pasta laiks: jūlijs-29-2020