Kako rešiti problem EMI pri oblikovanju večplastnega tiskanega vezja?

Ali veste, kako rešiti problem EMI pri oblikovanju večplastnega tiskanega vezja?

Naj vam povem!

Obstaja veliko načinov za reševanje težav z EMI.Sodobne metode za zatiranje EMI vključujejo: uporabo premaza za zatiranje EMI, izbiro ustreznih delov za zatiranje EMI in zasnovo simulacije EMI.Na podlagi najosnovnejše postavitve tiskanega vezja ta članek obravnava funkcijo sklada tiskanega vezja pri nadzoru elektromagnetnega sevanja in sposobnosti načrtovanja tiskanega vezja.

električni avtobus

Skok izhodne napetosti IC je mogoče pospešiti z namestitvijo ustrezne kapacitivnosti blizu napajalnega zatiča IC.Vendar s tem težave še niso končane.Zaradi omejenega frekvenčnega odziva kondenzatorja je nemogoče, da bi kondenzator ustvaril harmonično moč, ki je potrebna za čisto krmiljenje izhoda IC v celotnem frekvenčnem pasu.Poleg tega bo prehodna napetost, ki nastane na napajalnem vodilu, povzročila padec napetosti na obeh koncih induktivnosti ločevalne poti.Te prehodne napetosti so glavni viri motenj EMI v skupnem načinu.Kako lahko rešimo te težave?

V primeru IC na našem vezju lahko močnostni sloj okoli IC štejemo za dober visokofrekvenčni kondenzator, ki lahko zbira energijo, ki jo uhaja iz diskretnega kondenzatorja, ki zagotavlja visokofrekvenčno energijo za čist izhod.Poleg tega je induktivnost dobre močnostne plasti majhna, zato je tudi prehodni signal, ki ga sintetizira induktor, majhen, s čimer se zmanjša običajni EMI.

Seveda mora biti povezava med napajalno plastjo in napajalnim zatičem IC čim krajša, saj je naraščajoči rob digitalnega signala vedno hitrejši.Bolje je, da ga priključite neposredno na ploščico, kjer je napajalni pin IC, o čemer je treba razpravljati posebej.

Za nadzor EMI skupnega načina mora biti napajalni sloj dobro zasnovan par napajalnih slojev, ki pomaga ločiti in imeti dovolj nizko induktivnost.Nekateri se lahko vprašajo, kako dober je?Odgovor je odvisen od napajalne plasti, materiala med plastmi in delovne frekvence (tj. funkcija časa vzpona IC).Na splošno je razmik med napajalnimi plastmi 6 milov, vmesni sloj pa je material FR4, tako da je ekvivalentna kapacitivnost na kvadratni palec napajalne plasti približno 75 pF.Očitno je, da manjši kot je razmik med plastmi, večja je kapacitivnost.

Ni veliko naprav s časom vzpona 100–300ps, vendar bodo glede na trenutno stopnjo razvoja IC naprave s časom vzpona v območju 100–300ps zasedle velik delež.Za vezja s časi vzpona od 100 do 300 PS razmik med plastmi 3 mil ni več uporaben za večino aplikacij.Takrat je treba sprejeti tehnologijo delaminacije z medslojnim razmikom manj kot 1mil in zamenjati dielektrični material FR4 z materialom z visoko dielektrično konstanto.Zdaj lahko keramika in plastika v lončkih izpolnita konstrukcijske zahteve tokokrogov s časom vzpona od 100 do 300 ps.

Čeprav se lahko v prihodnosti uporabljajo novi materiali in metode, običajna vezja z vzponom od 1 do 3 ns, razmik med plastmi 3 do 6 mil in dielektrični materiali FR4 običajno zadoščajo za obdelavo visokih harmonikov in dovolj nizke prehodne signale, tj. , se EMI skupnega načina lahko zmanjša zelo nizko.V tem prispevku je podan primer zasnove večplastnega zlaganja tiskanih vezij, razmik med plastmi pa naj bi bil 3 do 6 mil.

elektromagnetno zaščito

Z vidika usmerjanja signala bi morala biti dobra strategija razporejanja po plasteh postavitev vseh sledi signala v eno ali več plasti, ki so poleg napajalne plasti ali ozemljitvene ravnine.Za oskrbo z električno energijo bi morala biti dobra strategija razslojevanja, da je napajalni sloj v bližini ozemljitvene plošče, razdalja med napajalno plastjo in ozemljitveno ploščo pa mora biti čim manjša, čemur pravimo strategija "naslojevanja".

Sklad PCB

Kakšna strategija zlaganja lahko pomaga zaščititi in zatreti EMI?Naslednja shema večplastnega zlaganja predpostavlja, da napajalni tok teče po eni plasti in da je ena napetost ali več napetosti porazdeljenih v različnih delih iste plasti.O primeru več plasti moči bomo razpravljali kasneje.

4-slojna plošča

Obstaja nekaj možnih težav pri načrtovanju 4-slojnih laminatov.Prvič, tudi če je signalna plast v zunanji plasti, napajalna in ozemljitvena plošča pa v notranji plasti, je razdalja med napajalno plastjo in ozemljitveno ploščo še vedno prevelika.

Če je stroškovna zahteva prva, lahko razmislimo o naslednjih dveh alternativah tradicionalni 4-slojni plošči.Oba lahko izboljšata učinkovitost zatiranja elektromagnetnih motenj, vendar sta primerna samo za primer, ko je gostota komponent na plošči dovolj nizka in je okoli komponent dovolj prostora (za postavitev zahtevane bakrene prevleke za napajanje).

Prva je prednostna shema.Zunanje plasti tiskanega vezja so vse plasti, srednji dve plasti pa sta signalni/napajalni sloj.Napajanje na signalni plasti je speljano s širokimi črtami, zaradi česar je impedanca poti napajalnega toka nizka in impedanca signalne mikrotrakaste poti nizka.Z vidika nadzora EMI je to najboljša 4-slojna PCB struktura, ki je na voljo.V drugi shemi zunanji sloj prenaša napajanje in ozemljitev, srednji dve plasti pa signal.V primerjavi s tradicionalno 4-slojno ploščo je izboljšava te sheme manjša, vmesna impedanca pa ni tako dobra kot pri tradicionalni 4-slojni plošči.

Če je impedanca ožičenja nadzorovana, mora biti zgornja shema zlaganja zelo previdna, da se ožičenje položi pod bakreni otok napajanja in ozemljitve.Poleg tega mora biti bakreni otok na napajalniku ali stratumu čim bolj medsebojno povezan, da se zagotovi povezljivost med enosmernim in nizkofrekvenčnim.

6-slojna plošča

Če je gostota komponent na 4-slojni plošči velika, je 6-slojna plošča boljša.Vendar zaščitni učinek nekaterih shem zlaganja v zasnovi 6-slojne plošče ni dovolj dober in prehodni signal napajalnega vodila se ne zmanjša.Spodaj sta obravnavana dva primera.

V prvem primeru sta napajalnik in ozemljitev nameščena v drugi oziroma peti plasti.Zaradi visoke impedance napajalnika, prevlečenega z bakrom, je zelo neugodno nadzorovati sevanje skupnega načina EMI.Vendar pa je z vidika nadzora impedance signala ta metoda zelo pravilna.

V drugem primeru sta napajalnik in ozemljitev nameščena v tretji oziroma četrti plasti.Ta zasnova rešuje problem z bakreno prevlečeno impedanco napajanja.Zaradi slabe učinkovitosti elektromagnetne zaščite sloja 1 in sloja 6 se diferenčni način EMI poveča.Če je število signalnih linij na obeh zunanjih plasteh najmanjše in je dolžina linij zelo kratka (manj kot 1/20 najvišje harmonične valovne dolžine signala), lahko zasnova reši problem diferenčnega načina EMI.Rezultati kažejo, da je zatiranje diferenčnega načina EMI še posebej dobro, če je zunanja plast napolnjena z bakrom in je območje, prevlečeno z bakrom, ozemljeno (vsakih 1/20 intervala valovne dolžine).Kot je navedeno zgoraj, je treba položiti baker