Hogyan lehet megoldani az EMI problémát a többrétegű PCB tervezésben?

Tudja, hogyan lehet megoldani az EMI-problémát a többrétegű PCB tervezés során?

Hadd mondjam el!

Az EMI problémák megoldásának számos módja van.A modern EMI-elnyomási módszerek a következők: EMI-szűrő bevonat használata, megfelelő EMI-elnyomó alkatrészek kiválasztása és EMI-szimulációs tervezés.A legalapvetőbb NYÁK-elrendezés alapján ez a cikk a PCB-verem funkcióját tárgyalja az EMI-sugárzás szabályozásában és a PCB-tervezési készségekben.

teljesítmény busz

Az IC kimeneti feszültségugrása felgyorsítható, ha megfelelő kapacitást helyezünk el az IC tápcsatlakozójának közelében.Ezzel azonban még nem ért véget a probléma.A kondenzátor korlátozott frekvenciamenete miatt a kondenzátor nem tudja előállítani azt a harmonikus teljesítményt, amely az IC kimenet tiszta meghajtásához szükséges a teljes frekvenciasávban.Ezenkívül a teljesítménybuszon kialakuló tranziens feszültség feszültségesést okoz a leválasztási út induktivitásának mindkét végén.Ezek a tranziens feszültségek a fő közös módusú EMI interferencia források.Hogyan oldhatjuk meg ezeket a problémákat?

Az áramköri lapunkon lévő IC esetében az IC körüli teljesítményréteg jó nagyfrekvenciás kondenzátornak tekinthető, amely képes összegyűjteni a diszkrét kondenzátor által kiszivárgott energiát, amely nagyfrekvenciás energiát biztosít a tiszta kimenethez.Ráadásul egy jó teljesítményréteg induktivitása kicsi, így az induktor által szintetizált tranziens jel is kicsi, így csökken a közös módú EMI.

Természetesen a tápréteg és az IC táp érintkezője közötti kapcsolatnak a lehető legrövidebbnek kell lennie, mert a digitális jel felfutó éle egyre gyorsabb.Jobb, ha közvetlenül a padhoz csatlakoztatja, ahol az IC tápcsatlakozója található, amit külön kell megbeszélni.

A közös módú EMI vezérléséhez a teljesítményrétegnek egy jól megtervezett teljesítményréteg-párnak kell lennie, hogy segítse a szétválasztást, és kellően alacsony induktivitása legyen.Egyesek megkérdezhetik, mennyire jó?A válasz a teljesítményrétegtől, a rétegek közötti anyagtól és a működési frekvenciától (azaz az IC felfutási idejének függvényétől) függ.Általánosságban elmondható, hogy a teljesítményrétegek távolsága 6 mil, a közbenső réteg pedig FR4 anyag, tehát a teljesítményréteg négyzethüvelykére eső ekvivalens kapacitás körülbelül 75 pF.Nyilvánvaló, hogy minél kisebb a rétegtávolság, annál nagyobb a kapacitás.

100-300ps felfutási idővel nem sok van, de az IC jelenlegi fejlődési üteme szerint a 100-300ps tartományba eső felfutási idővel rendelkező készülékek foglalnak majd nagy arányt.A 100-300 LE emelkedési idővel rendelkező áramkörök esetében a 3 mil rétegtávolság már nem alkalmazható a legtöbb alkalmazásnál.Ekkor el kell fogadni a delaminációs technológiát 1 mil-nél kisebb rétegközökkel, és az FR4 dielektromos anyagot nagy dielektromos állandójú anyagra kell cserélni.A kerámiák és a cserepes műanyagok most már megfelelnek a 100-300 ps-os emelkedési idő áramkörök tervezési követelményeinek.

Bár a jövőben új anyagokat és módszereket alkalmazhatnak, az általános 1-3 ns-os emelkedési idő áramkörök, a 3-6 mil rétegtávolság és az FR4 dielektromos anyagok általában elegendőek a csúcsminőségű harmonikusok kezelésére és a tranziens jelek elég alacsony szintjére. , közös módú EMI nagyon alacsonyra csökkenthető.Ebben a cikkben a nyomtatott áramköri lapok réteges egymásra helyezésének tervezési példáját adjuk meg, és a rétegtávolságot 3-6 mil-nek feltételezzük.

elektromágneses árnyékolás

A jelútválasztás szempontjából jó rétegezési stratégia az, hogy az összes jelnyomot egy vagy több rétegbe helyezzük, amelyek a teljesítményréteg vagy az alapsík mellett találhatók.Tápellátás esetén jó rétegezési stratégia az, hogy a teljesítményréteg szomszédos az alapsíkkal, és a tápréteg és az alapsík közötti távolság a lehető legkisebb legyen, ezt nevezzük „rétegezési” stratégiának.

PCB verem

Milyen halmozási stratégia segíthet megvédeni és elnyomni az EMI-t?A következő réteges halmozási séma azt feltételezi, hogy a tápegység árama egyetlen rétegen folyik, és egyetlen feszültség vagy több feszültség oszlik el ugyanazon réteg különböző részein.A több teljesítményréteg esetét később tárgyaljuk.

4 rétegű lemez

Van néhány lehetséges probléma a 4 rétegű laminátumok tervezésénél.Először is, még akkor is, ha a jelréteg a külső rétegben, a teljesítmény és az alapsík pedig a belső rétegben van, a teljesítményréteg és az alapsík közötti távolság még mindig túl nagy.

Ha a költségigény az első, akkor a hagyományos 4 rétegű tábla következő két alternatívája jöhet szóba.Mindkettő javíthatja az EMI-elnyomási teljesítményt, de csak arra az esetre alkalmas, ha a táblán lévő alkatrészek sűrűsége elég alacsony, és elegendő terület van az alkatrészek körül (az áramellátáshoz szükséges rézbevonat elhelyezéséhez).

Az első a preferált séma.A PCB külső rétegei mind rétegek, a középső két réteg pedig jel/teljesítmény réteg.A jelrétegen a tápegységet széles vonalakkal vezetik le, ami miatt a tápáram útimpedanciája alacsony, a jel mikroszalag út impedanciája alacsony.Az EMI vezérlés szempontjából ez a legjobb elérhető 4 rétegű PCB struktúra.A második sémában a külső réteg viszi az áramot és a földet, a középső két réteg pedig a jelet.A hagyományos 4 rétegű laphoz képest ennek a sémának a fejlesztése kisebb, és a rétegek közötti impedanciája sem olyan jó, mint a hagyományos 4 rétegű lapé.

Ha a vezetékek impedanciáját szabályozni kell, a fenti halmozási sémának nagyon óvatosnak kell lennie, hogy a vezetékeket a tápegység és a földelés rézszigete alá fektesse.Ezenkívül a tápegységen vagy a rétegben lévő rézszigetet a lehető legnagyobb mértékben össze kell kötni, hogy biztosítsák az egyenáram és az alacsony frekvencia közötti kapcsolatot.

6 rétegű lemez

Ha a 4 rétegű táblán nagy az alkatrészek sűrűsége, akkor a 6 rétegű lemez jobb.A 6 rétegű kártya kialakításánál azonban egyes halmozási sémák árnyékoló hatása nem elég jó, és a teljesítménybusz tranziens jele nem csökken.Az alábbiakban két példát tárgyalunk.

Az első esetben a tápegység és a földelés a második, illetve az ötödik rétegbe kerül.A rézborítású tápegység nagy impedanciája miatt nagyon kedvezőtlen a közös módú EMI sugárzás szabályozása.A jelimpedancia szabályozás szempontjából azonban ez a módszer nagyon helyes.

A második példában a tápegység és a földelés a harmadik és a negyedik rétegben van elhelyezve.Ez a kialakítás megoldja a tápegység rézborítású impedanciájának problémáját.Az 1. és 6. réteg gyenge elektromágneses árnyékolási teljesítménye miatt a differenciál módú EMI növekszik.Ha a jelvonalak száma a két külső rétegen a legkevesebb, és a vonalak hossza nagyon rövid (kevesebb, mint a jel legnagyobb harmonikus hullámhosszának 1/20-a), a tervezés megoldhatja a differenciális módú EMI problémáját.Az eredmények azt mutatják, hogy a differenciális módusú EMI elnyomása különösen jó, ha a külső réteg rézzel van feltöltve és a rézborítású terület földelt (minden 1/20 hullámhossz intervallum).Mint fentebb említettük, rezet kell fektetni