Πώς να λύσετε το πρόβλημα EMI στο σχεδιασμό πολλαπλών στρώσεων PCB;

Ξέρετε πώς να λύσετε το πρόβλημα EMI όταν σχεδιάζετε PCB πολλαπλών επιπέδων;

Επιτρέψτε μου να σας πω!

Υπάρχουν πολλοί τρόποι επίλυσης προβλημάτων EMI. Οι σύγχρονες μέθοδοι καταστολής EMI περιλαμβάνουν: χρήση επίστρωσης καταστολής EMI, επιλογή κατάλληλων μερών καταστολής EMI και σχεδιασμού προσομοίωσης EMI. Με βάση την πιο βασική διάταξη PCB, αυτό το έγγραφο ασχολείται με τη λειτουργία της στοίβας PCB στον έλεγχο της ακτινοβολίας EMI και των δεξιοτήτων σχεδιασμού PCB.

ηλεκτρικό λεωφορείο

Το άλμα τάσης εξόδου του IC μπορεί να επιταχυνθεί τοποθετώντας την κατάλληλη χωρητικότητα κοντά στον πείρο τροφοδοσίας του IC. Ωστόσο, αυτό δεν είναι το τέλος του προβλήματος. Λόγω της περιορισμένης απόκρισης συχνότητας του πυκνωτή, είναι αδύνατο για τον πυκνωτή να παράγει την αρμονική ισχύ που απαιτείται για την καθαρή έξοδο IC στην πλήρη ζώνη συχνοτήτων. Επιπλέον, η παροδική τάση που σχηματίζεται στο δίαυλο ισχύος θα προκαλέσει πτώση τάσης και στα δύο άκρα της επαγωγής της διαδρομής αποσύνδεσης. Αυτές οι παροδικές τάσεις είναι οι κύριες πηγές παρεμβολών EMI κοινής λειτουργίας. Πώς μπορούμε να λύσουμε αυτά τα προβλήματα;

Στην περίπτωση IC στην πλακέτα κυκλώματος, το στρώμα ισχύος γύρω από το IC μπορεί να θεωρηθεί ως ένας καλός πυκνωτής υψηλής συχνότητας, ο οποίος μπορεί να συλλέξει την ενέργεια που διαρρέει από τον διακριτό πυκνωτή που παρέχει ενέργεια υψηλής συχνότητας για καθαρή έξοδο. Επιπλέον, η επαγωγή ενός καλού στρώματος ισχύος είναι μικρή, έτσι το παροδικό σήμα που συντίθεται από τον επαγωγέα είναι επίσης μικρό, μειώνοντας έτσι τον κοινό τρόπο EMI.

Φυσικά, η σύνδεση μεταξύ του στρώματος τροφοδοσίας και του πείρου τροφοδοσίας IC πρέπει να είναι όσο το δυνατόν συντομότερη, επειδή η άνοδος του ψηφιακού σήματος είναι ταχύτερη και ταχύτερη. Είναι καλύτερα να το συνδέσετε απευθείας στο ταμπλό όπου βρίσκεται ο πείρος τροφοδοσίας IC, το οποίο πρέπει να συζητηθεί ξεχωριστά.

Για τον έλεγχο της κοινής λειτουργίας EMI, το στρώμα ισχύος πρέπει να είναι ένα καλά σχεδιασμένο ζεύγος στρωμάτων ισχύος για να βοηθά στην αποσύνδεση και να έχει αρκετά χαμηλή επαγωγή. Μερικοί άνθρωποι μπορούν να ρωτήσουν, πόσο καλό είναι; Η απάντηση εξαρτάται από το επίπεδο ισχύος, το υλικό μεταξύ των στρωμάτων και τη συχνότητα λειτουργίας (δηλαδή, συνάρτηση του χρόνου ανόδου IC). Γενικά, η απόσταση των στρωμάτων ισχύος είναι 6mil, και η ενδιάμεση στρώση είναι υλικό FR4, έτσι η ισοδύναμη χωρητικότητα ανά τετραγωνική ίντσα στρώματος ισχύος είναι περίπου 75pF. Προφανώς, όσο μικρότερη είναι η απόσταση του στρώματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητα.

Δεν υπάρχουν πολλές συσκευές με χρόνο αύξησης 100-300ps, αλλά σύμφωνα με τον τρέχοντα ρυθμό ανάπτυξης του IC, οι συσκευές με χρόνο ανόδου στο εύρος 100-300ps θα καταλαμβάνουν υψηλό ποσοστό. Για κυκλώματα με χρόνους αύξησης 100 έως 300 PS, η απόσταση των επιπέδων 3 mil δεν ισχύει πλέον για τις περισσότερες εφαρμογές. Εκείνη τη στιγμή, είναι απαραίτητο να υιοθετηθεί η τεχνολογία αποκόλλησης με απόσταση μεταξύ των στρώσεων μικρότερη από 1mil και να αντικατασταθεί το διηλεκτρικό υλικό FR4 με το υλικό με υψηλή διηλεκτρική σταθερά. Τώρα, τα κεραμικά και τα πλαστικά σε γλάστρες μπορούν να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις σχεδιασμού των κυκλωμάτων χρόνου ανόδου 100 έως 300ps.

Αν και μπορούν να χρησιμοποιηθούν νέα υλικά και μέθοδοι στο μέλλον, τα κοινά κυκλώματα χρόνου αύξησης 1 έως 3 ns, η απόσταση μεταξύ των στρώσεων 3 έως 6 mil και τα διηλεκτρικά υλικά FR4 είναι συνήθως επαρκή για τον χειρισμό αρμονικών υψηλών σημείων και για να κάνουν τα μεταβατικά σήματα αρκετά χαμηλά, δηλαδή , η κοινή λειτουργία EMI μπορεί να μειωθεί πολύ χαμηλά. Σε αυτό το έγγραφο, δίνεται το παράδειγμα σχεδιασμού στοίβας με στρώσεις PCB και η απόσταση στρώσης υποτίθεται ότι είναι 3 έως 6 mil.

ηλεκτρομαγνητική θωράκιση

Από την άποψη δρομολόγησης σήματος, μια καλή στρατηγική στρώσης θα πρέπει να είναι η τοποθέτηση όλων των ιχνών σήματος σε ένα ή περισσότερα επίπεδα, τα οποία βρίσκονται δίπλα στο επίπεδο ισχύος ή στο επίπεδο γείωσης. Για την τροφοδοσία, μια καλή στρατηγική στρωματοποίησης πρέπει να είναι ότι το στρώμα ισχύος είναι δίπλα στο επίπεδο γείωσης και η απόσταση μεταξύ του στρώματος ισχύος και του επιπέδου γείωσης θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότερη, την οποία ονομάζουμε στρατηγική «στρώσης».

Στοίβα PCB

Τι είδους στρατηγική στοίβαξης μπορεί να βοηθήσει στην προστασία και την καταστολή του EMI; Το ακόλουθο σχέδιο στοίβαξης με στρώσεις προϋποθέτει ότι το ρεύμα τροφοδοσίας ρέει σε ένα μόνο στρώμα και ότι η απλή τάση ή πολλαπλές τάσεις κατανέμονται σε διαφορετικά μέρη του ίδιου στρώματος. Η περίπτωση πολλαπλών επιπέδων ισχύος θα συζητηθεί αργότερα.

4-πλάκα πλάκα

Υπάρχουν μερικά πιθανά προβλήματα στο σχεδιασμό των πλαστικοποιημένων τεμαχίων. Πρώτα απ 'όλα, ακόμη και αν το στρώμα σήματος βρίσκεται στο εξωτερικό στρώμα και το επίπεδο ισχύος και γείωσης βρίσκονται στο εσωτερικό στρώμα, η απόσταση μεταξύ του στρώματος ισχύος και του επιπέδου γείωσης είναι ακόμα πολύ μεγάλη.

Εάν η απαίτηση κόστους είναι η πρώτη, μπορούν να εξεταστούν οι ακόλουθες δύο εναλλακτικές λύσεις στην παραδοσιακή πλακέτα 4 φύλλων. Και οι δύο μπορούν να βελτιώσουν την απόδοση καταστολής EMI, αλλά είναι κατάλληλα μόνο για την περίπτωση όπου η πυκνότητα των εξαρτημάτων στο ταμπλό είναι αρκετά χαμηλή και υπάρχει αρκετή περιοχή γύρω από τα εξαρτήματα (για να τοποθετήσετε την απαιτούμενη επίστρωση χαλκού για τροφοδοσία ρεύματος).

Το πρώτο είναι το προτιμώμενο σχήμα. Τα εξωτερικά στρώματα του PCB είναι όλα στρώματα, και τα μεσαία δύο στρώματα είναι στρώματα σήματος / ισχύος. Η τροφοδοσία ρεύματος στο στρώμα σήματος δρομολογείται με ευρείες γραμμές, γεγονός που καθιστά τη σύνθετη αντίσταση διαδρομής του ρεύματος τροφοδοσίας χαμηλή και τη σύνθετη αντίσταση της διαδρομής μικροσυστήματος σήματος. Από την άποψη του ελέγχου EMI, αυτή είναι η καλύτερη διαθέσιμη δομή PCB 4 επιπέδων. Στο δεύτερο σχήμα, το εξωτερικό στρώμα φέρει την ισχύ και τη γείωση και το μεσαίο δύο στρώμα φέρει το σήμα. Σε σύγκριση με την παραδοσιακή πλακέτα 4 επιπέδων, η βελτίωση αυτού του σχήματος είναι μικρότερη και η σύνθετη σύνθετη αντίσταση δεν είναι τόσο καλή όσο αυτή της παραδοσιακής πλακέτας 4 επιπέδων.

Εάν πρόκειται να ελεγχθεί η σύνθετη αντίσταση καλωδίωσης, το παραπάνω σχήμα στοίβαξης θα πρέπει να είναι πολύ προσεκτικό να τοποθετήσει την καλωδίωση κάτω από το χαλκό νησί τροφοδοσίας και γείωσης. Επιπλέον, το χαλκό νησί στο τροφοδοτικό ή στο στρώμα πρέπει να διασυνδέεται όσο το δυνατόν περισσότερο για να διασφαλιστεί η συνδεσιμότητα μεταξύ DC και χαμηλής συχνότητας.

6-πλάκα πλάκα

Εάν η πυκνότητα των εξαρτημάτων στην πλακέτα 4 στρωμάτων είναι μεγάλη, η πλάκα 6 στρωμάτων είναι καλύτερη. Ωστόσο, το αποτέλεσμα θωράκισης ορισμένων σχημάτων στοίβαξης στο σχεδιασμό της πλακέτας 6 στρωμάτων δεν είναι αρκετά καλό και το μεταβατικό σήμα του δίαυλου ισχύος δεν μειώνεται. Ακολουθούν δύο παραδείγματα.

Στην πρώτη περίπτωση, το τροφοδοτικό και η γείωση τοποθετούνται στο δεύτερο και πέμπτο στρώμα αντίστοιχα. Λόγω της υψηλής σύνθετης αντίστασης τροφοδοσίας με χαλκό, είναι πολύ δυσμενές να ελέγχετε την κοινή λειτουργία ακτινοβολίας EMI. Ωστόσο, από την άποψη του ελέγχου σύνθετης αντίστασης σήματος, αυτή η μέθοδος είναι πολύ σωστή.

Στο δεύτερο παράδειγμα, η τροφοδοσία και η γείωση τοποθετούνται στο τρίτο και τέταρτο στρώμα αντίστοιχα. Αυτός ο σχεδιασμός λύνει το πρόβλημα της σύνθετης αντίστασης του χαλκού στην παροχή ρεύματος. Λόγω της χαμηλής απόδοσης ηλεκτρομαγνητικής θωράκισης του στρώματος 1 και του στρώματος 6, η διαφορική λειτουργία EMI αυξάνεται. Εάν ο αριθμός των γραμμών σήματος στα δύο εξωτερικά στρώματα είναι ο μικρότερος και το μήκος των γραμμών είναι πολύ μικρό (μικρότερο από το 1/20 του υψηλότερου αρμονικού μήκους κύματος του σήματος), ο σχεδιασμός μπορεί να λύσει το πρόβλημα της διαφορικής λειτουργίας EMI. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η καταστολή του διαφορικού τρόπου EMI είναι ιδιαίτερα καλή όταν το εξωτερικό στρώμα είναι γεμάτο με χαλκό και η περιοχή με επίστρωση χαλκού γειώνεται (κάθε 1/20 διάστημα μήκους κύματος). Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, τοποθετείται χαλκός


Ώρα δημοσίευσης: 29 Ιουλίου-2020