Sabes como resolver o problema de EMI cando o deseño de PCB multicapa?
Déixame dicirche!
Hai moitas formas de resolver os problemas de EMI.Os métodos modernos de supresión de EMI inclúen: usar o revestimento de supresión EMI, seleccionar pezas de supresión EMI adecuadas e deseño de simulación EMI.Baseándose no deseño de PCB máis básico, este artigo analiza a función da pila de PCB no control da radiación EMI e as habilidades de deseño de PCB.
bus de potencia
O salto de tensión de saída do IC pódese acelerar colocando a capacidade adecuada preto do pin de potencia do IC.Non obstante, este non é o final do problema.Debido á resposta de frecuencia limitada do capacitor, é imposible que o capacitor xere a potencia harmónica necesaria para dirixir a saída IC de forma limpa na banda de frecuencia completa.Ademais, a tensión transitoria formada no bus de enerxía provocará caídas de tensión nos dous extremos da inductancia do camiño de desacoplamento.Estas tensións transitorias son as principais fontes de interferencia EMI de modo común.Como podemos resolver estes problemas?
No caso do IC da nosa placa de circuíto, a capa de enerxía ao redor do IC pódese considerar un bo capacitor de alta frecuencia, que pode recoller a enerxía filtrada polo capacitor discreto que proporciona enerxía de alta frecuencia para unha saída limpa.Ademais, a inductancia dunha boa capa de potencia é pequena, polo que o sinal transitorio sintetizado polo indutor tamén é pequeno, reducindo así a EMI de modo común.
Por suposto, a conexión entre a capa de fonte de alimentación e o pin da fonte de alimentación IC debe ser o máis curta posible, porque o bordo ascendente do sinal dixital é cada vez máis rápido.É mellor conectalo directamente á almofada onde se atopa o pin de alimentación do IC, que debe ser discutido por separado.
Para controlar o modo común EMI, a capa de potencia debe ser un par de capas de potencia ben deseñadas para axudar a desacoplar e ter unha inductancia suficientemente baixa.Algunhas persoas poden preguntar, que bo é?A resposta depende da capa de potencia, do material entre as capas e da frecuencia de funcionamento (é dicir, unha función do tempo de subida do IC).En xeral, a separación das capas de potencia é de 6 mil e a capa intermedia é de material FR4, polo que a capacitancia equivalente por polgada cadrada de capa de potencia é duns 75 pF.Obviamente, canto menor sexa o espazo entre capas, maior será a capacidade.
Non hai moitos dispositivos cun tempo de subida de 100-300ps, pero segundo a taxa de desenvolvemento actual de IC, os dispositivos con tempo de subida no rango de 100-300ps ocuparán unha alta proporción.Para circuítos con tempos de subida de 100 a 300 PS, o espazamento de capas de 3 mil xa non é aplicable á maioría das aplicacións.Nese momento, é necesario adoptar a tecnoloxía de delaminación cun espazo entre capas inferior a 1 mil e substituír o material dieléctrico FR4 polo material con alta constante dieléctrica.Agora, a cerámica e os plásticos en maceta poden cumprir os requisitos de deseño de circuítos de tempo de subida de 100 a 300 ps.
Aínda que no futuro poden usarse novos materiais e métodos, os circuítos comúns de tempo de subida de 1 a 3 ns, o espazamento de capas de 3 a 6 mil e os materiais dieléctricos FR4 adoitan ser suficientes para manexar os harmónicos de gama alta e facer que os sinais transitorios sexan o suficientemente baixos, é dicir. , o modo común EMI pódese reducir moi baixo.Neste artigo, dáse o exemplo de deseño de empilhado en capas de PCB e asúmese que o espazo entre capas é de 3 a 6 mil.
blindaxe electromagnética
Desde o punto de vista do enrutamento do sinal, unha boa estratexia de estratificación debería ser colocar todas as trazas de sinal nunha ou máis capas, que están xunto á capa de potencia ou plano de terra.Para a subministración de enerxía, unha boa estratexia de estratificación debe ser que a capa de enerxía estea adxacente ao plano de terra e a distancia entre a capa de enerxía e o plano de terra debe ser o máis pequena posible, que é o que chamamos estratexia de "estratificación".
Pila de PCB
Que tipo de estratexia de acumulación pode axudar a protexer e suprimir EMI?O seguinte esquema de apilado en capas asume que a corrente da fonte de alimentación flúe nunha única capa e que unha única ou varias tensións están distribuídas en diferentes partes da mesma capa.O caso de varias capas de poder comentarase máis adiante.
Placa de 4 capas
Hai algúns problemas potenciais no deseño de laminados de 4 capas.Primeiro de todo, aínda que a capa de sinal estea na capa exterior e o plano de potencia e de terra estean na capa interna, a distancia entre a capa de potencia e o plano de terra aínda é demasiado grande.
Se o requisito de custo é o primeiro, pódense considerar as dúas alternativas seguintes ao taboleiro tradicional de 4 capas.Ambos poden mellorar o rendemento da supresión de EMI, pero só son axeitados para o caso en que a densidade dos compoñentes da placa é o suficientemente baixa e hai suficiente área arredor dos compoñentes (para colocar o revestimento de cobre necesario para a subministración de enerxía).
O primeiro é o esquema preferido.As capas exteriores do PCB son todas capas, e as dúas capas medias son capas de sinal/potencia.A fonte de alimentación da capa de sinal envíase con liñas amplas, o que fai que a impedancia do camiño da corrente da fonte de alimentación sexa baixa e a impedancia do camiño da microtira do sinal.Desde a perspectiva do control EMI, esta é a mellor estrutura de PCB de 4 capas dispoñible.No segundo esquema, a capa exterior leva a enerxía e terra, e a capa central dúas leva o sinal.En comparación coa tarxeta tradicional de 4 capas, a mellora deste esquema é menor e a impedancia entre capas non é tan boa como a da tarxeta tradicional de 4 capas.
Se se quere controlar a impedancia do cableado, o esquema de apilado anterior debe ter moito coidado ao colocar o cableado baixo a illa de cobre de fonte de alimentación e posta a terra.Ademais, a illa de cobre na fonte de alimentación ou estrato debe estar interconectada na medida do posible para garantir a conectividade entre DC e baixa frecuencia.
Placa de 6 capas
Se a densidade dos compoñentes da placa de 4 capas é grande, a placa de 6 capas é mellor.Non obstante, o efecto de blindaxe dalgúns esquemas de apilado no deseño de placas de 6 capas non é o suficientemente bo e o sinal transitorio do bus de enerxía non se reduce.A continuación explícanse dous exemplos.
No primeiro caso, a fonte de alimentación e a terra colócanse na segunda e na quinta capa respectivamente.Debido á alta impedancia da fonte de alimentación revestida de cobre, é moi desfavorable controlar a radiación EMI de modo común.Non obstante, desde o punto de vista do control da impedancia do sinal, este método é moi correcto.
No segundo exemplo, a fonte de alimentación e a terra colócanse na terceira e cuarta capa respectivamente.Este deseño resolve o problema da impedancia revestida de cobre da fonte de alimentación.Debido ao pobre rendemento de blindaxe electromagnética da capa 1 e da capa 6, o modo diferencial EMI aumenta.Se o número de liñas de sinal nas dúas capas exteriores é o mínimo e a lonxitude das liñas é moi curta (menos de 1/20 da lonxitude de onda harmónica máis alta do sinal), o deseño pode resolver o problema do modo diferencial EMI.Os resultados mostran que a supresión do modo diferencial EMI é especialmente boa cando a capa exterior está chea de cobre e a zona revestida de cobre está conectada a terra (cada intervalo de lonxitude de onda 1/20).Como se mencionou anteriormente, colocarase cobre
Hora de publicación: 29-Xul-2020
