Hvordan løses EMI-problem i multilayer PCB-design?

Ved du, hvordan du løser EMI-problemet, når flerlags-printkortdesign er designet?

Lad mig fortælle dig!

Der er mange måder at løse EMI-problemer på. Moderne EMI-undertrykkelsesmetoder inkluderer: anvendelse af EMI-undertrykkelsesbelægning, valg af passende EMI-undertrykkelsesdele og EMI-simuleringsdesign. Baseret på det mest basale PCB-layout diskuterer dette papir funktionen af ​​PCB-stack til styring af EMI-stråling og PCB-designfærdigheder.

strømbus

IC's udgangsspændingshopp kan accelereres ved at placere passende kapacitet i nærheden af ​​IC-spændingen. Dette er dog ikke slutningen på problemet. På grund af kondensatorens begrænsede frekvensrespons er det umuligt for kondensatoren at generere den harmoniske effekt, der er nødvendig for at drive IC-udgangen rent i det fulde frekvensbånd. Derudover vil den forbigående spænding, der dannes på kraftbussen, forårsage spændingsfald i begge ender af induktansen af ​​afkoblingsvejen. Disse transiente spændinger er de vigtigste almindelige EMI-interferenskilder. Hvordan kan vi løse disse problemer?

I tilfælde af IC på vores printkort kan effektlaget omkring IC betragtes som en god højfrekvent kondensator, som kan samle den energi, der lækkes af den diskrete kondensator, der giver højfrekvent energi til ren output. Derudover er induktansen af ​​et godt kraftlag lille, så det transiente signal, der er syntetiseret af induktoren, er også lille, hvilket reducerer den almindelige EMI-tilstand.

Naturligvis skal forbindelsen mellem strømforsyningslaget og IC-strømforsyningspinden være så kort som muligt, fordi det stigende kant af det digitale signal er hurtigere og hurtigere. Det er bedre at tilslutte den direkte til puden, hvor IC-stiften er placeret, hvilket skal diskuteres separat.

For at kontrollere EMI i almindelig tilstand skal kraftlaget være et veludviklet par strømlag for at hjælpe med at afkoble og have en tilstrækkelig lav induktans. Nogle mennesker spørger måske, hvor god er det? Svaret afhænger af kraftlaget, materialet mellem lagene og driftsfrekvensen (dvs. en funktion af IC-stigtid). Generelt er afstanden mellem kraftlagene 6 mil, og mellemlaget er FR4-materiale, så den ækvivalente kapacitet pr. Kvadrat inch kraftlag er ca. 75pF. Jo mindre lagafstanden er, jo større er kapacitansen.

Der er ikke mange enheder med en stigningstid på 100-300ps, men ifølge den nuværende udviklingshastighed for IC vil enhederne med stigetid i intervallet 100-300ps indtage en høj andel. For kredsløb med stigningstider på 100 til 300 PS er afstand på 3 mil lag ikke længere relevant for de fleste applikationer. På det tidspunkt er det nødvendigt at anvende delamineringsteknologien med mellemlagets afstand mellem 1 mil og erstatte det dielektriske FR4-materiale med materialet med en høj dielektrisk konstant. Nu kan keramik og potteplast opfylde designkravene på stigningstidskredsløb på 100 til 300 ps.

Selv om nye materialer og metoder kan anvendes i fremtiden, er almindelige 1 til 3 ns stigningstidskredsløb, 3 til 6 mil lagafstand og FR4 dielektriske materialer normalt tilstrækkelige til at håndtere avancerede harmoniske og gøre transiente signaler lave nok, det vil sige , kan EMI i almindelig tilstand reduceres meget lavt. I dette papir er designeksemplet på PCB-lagdelt stabling anført, og lagafstanden antages at være 3 til 6 mil.

elektromagnetisk afskærmning

Fra signalruteringssynspunktet bør en god lagdelingsstrategi være at placere alle signalsporene i et eller flere lag, der ligger ved siden af ​​kraftlaget eller jordplanet. For strømforsyning skal en god lagstrategi være, at kraftlaget ligger ved siden af ​​jordplanet, og afstanden mellem kraftlaget og jordplanet skal være så lille som muligt, hvilket er det, vi kalder "lagdeling" -strategien.

PCB-stak

Hvilken slags stablingsstrategi kan hjælpe med at beskytte og undertrykke EMI? Følgende lagede stablingsplan antager, at strømforsyningsstrømmen strømmer på et enkelt lag, og at enkelt spænding eller flere spændinger fordeles i forskellige dele af det samme lag. Sagen om flere kraftlag vil blive diskuteret senere.

4-lags plade

Der er nogle potentielle problemer i design af 4-lags laminater. Først og fremmest, selvom signallaget er i det ydre lag, og kraft- og jordplanet er i det indre lag, er afstanden mellem kraftlaget og jordplanet stadig for stor.

Hvis omkostningskravet er det første, kan de følgende to alternativer til det traditionelle 4-lags bord overvejes. Begge kan forbedre EMI-undertrykkelsesydelsen, men de er kun egnede til det tilfælde, hvor tætheden af ​​komponenterne på tavlen er lav nok, og der er nok areal omkring komponenterne (til at placere den nødvendige kobberbelægning til strømforsyning).

Den første er det foretrukne skema. De ydre lag af PCB er alle lag, og de to midterste lag er signal / strømlag. Strømforsyningen på signallaget dirigeres med brede linjer, hvilket gør sti-impedansen i strømforsyningsstrømmen lav og impedansen for signalmikrostripbanen lav. Set fra EMI-kontrol er dette den bedste 4-lags PCB-struktur, der er tilgængelig. I det andet skema bærer det ydre lag strømmen og jorden, og det midterste to lag bærer signalet. Sammenlignet med det traditionelle 4-lagsplade er forbedringen af ​​dette skema mindre, og mellemlagsimpedansen er ikke så god som den traditionelle 4-lags plade.

Hvis ledningsimpedansen skal kontrolleres, bør ovennævnte stablingsskema være meget omhyggelig med at lægge ledningerne under kobberøen med strømforsyning og jordforbindelse. Derudover bør kobberø på strømforsyning eller stratum forbindes så meget som muligt for at sikre forbindelsen mellem DC og lavfrekvens.

6-lags plade

Hvis densiteten af ​​komponenterne på 4-lagspladen er stor, er 6-lagspladen bedre. Imidlertid er afskærmningseffekten af ​​nogle stablingsskemaer i udformningen af ​​6-lags plade ikke god nok, og det forbigående signal fra strømbussen reduceres ikke. To eksempler diskuteres nedenfor.

I det første tilfælde placeres strømforsyningen og jorden i henholdsvis det andet og det femte lag. På grund af den høje impedans af kobberklædt strømforsyning er det meget ugunstigt at kontrollere den almindelige EMI-stråling. Men set fra signalimpedansstyring er denne metode meget korrekt.

I det andet eksempel placeres strømforsyningen og jorden i henholdsvis det tredje og fjerde lag. Dette design løser problemet med kobberklædt impedans for strømforsyningen. På grund af den dårlige elektromagnetiske afskærmningsydelse i lag 1 og lag 6, øges differentiel tilstand EMI. Hvis antallet af signallinjer på de to ydre lag er mindst, og længden af ​​linjerne er meget kort (mindre end 1/20 af signalets højeste harmoniske bølgelængde), kan designet løse problemet med differentieret tilstand EMI. Resultaterne viser, at undertrykkelsen af ​​differentiel tilstand EMI er særlig god, når det ydre lag er fyldt med kobber, og det kobberklædte område er jordet (hvert interval på 1/20 bølgelængde). Som nævnt ovenfor skal kobber lægges


Indlægstid: Jul-29-2020