Ko'p qatlamli PCB dizaynida EMI muammosini qanday hal qilish mumkin?

Ko'p qatlamli PCB dizaynida EMI muammosini qanday hal qilishni bilasizmi?

Men sizga aytaman!

EMI muammolarini hal qilishning ko'plab usullari mavjud.Zamonaviy EMI bostirish usullari quyidagilarni o'z ichiga oladi: EMI bostirish qoplamasidan foydalanish, tegishli EMI bostirish qismlarini tanlash va EMI simulyatsiyasi dizayni.Eng asosiy PCB tartibiga asoslanib, ushbu maqola EMI nurlanishini va tenglikni loyihalash ko'nikmalarini boshqarishda tenglikni stackining funktsiyasini muhokama qiladi.

quvvat avtobusi

IC ning chiqish kuchlanishining sakrashini IC quvvat pinining yaqiniga tegishli sig'imni joylashtirish orqali tezlashtirish mumkin.Biroq, bu muammoning oxiri emas.Kondensatorning chastotali javobi cheklanganligi sababli, kondansatkich IC chiqishini to'liq chastota diapazonida toza haydash uchun zarur bo'lgan harmonik quvvatni ishlab chiqara olmaydi.Bunga qo'shimcha ravishda, quvvat avtobusida hosil bo'lgan vaqtinchalik kuchlanish ajratish yo'lining indüktansının har ikki uchida kuchlanish pasayishiga olib keladi.Ushbu vaqtinchalik kuchlanishlar asosiy umumiy rejim EMI shovqin manbalari hisoblanadi.Bu muammolarni qanday hal qilishimiz mumkin?

Elektron platamizdagi IC holatida, IC atrofidagi quvvat qatlami toza chiqish uchun yuqori chastotali energiyani ta'minlaydigan diskret kondansatör tomonidan sizib chiqqan energiyani to'plashi mumkin bo'lgan yaxshi yuqori chastotali kondansatör sifatida qaralishi mumkin.Bundan tashqari, yaxshi quvvat qatlamining indüktansı kichik, shuning uchun induktor tomonidan sintez qilingan vaqtinchalik signal ham kichikdir, shuning uchun umumiy rejim EMIni kamaytiradi.

Albatta, quvvat manbai qatlami va IC quvvat manbai pinining ulanishi imkon qadar qisqa bo'lishi kerak, chunki raqamli signalning ko'tarilgan qirrasi tezroq va tezroq.Uni to'g'ridan-to'g'ri IC quvvat pinining joylashgan joyiga ulash yaxshidir, bu alohida muhokama qilinishi kerak.

EMI umumiy rejimini boshqarish uchun quvvat qatlami ajratilishiga yordam beradigan va etarlicha past indüktansga ega bo'lgan yaxshi mo'ljallangan quvvat qatlamlari juftligi bo'lishi kerak.Ba'zi odamlar so'rashi mumkin, bu qanchalik yaxshi?Javob quvvat qatlamiga, qatlamlar orasidagi materialga va ish chastotasiga (ya'ni, IC ko'tarilish vaqtining funktsiyasi) bog'liq.Umuman olganda, quvvat qatlamlari oralig'i 6mil, interlayer esa FR4 materialidir, shuning uchun quvvat qatlamining kvadrat dyuymiga ekvivalent sig'im taxminan 75pF ni tashkil qiladi.Shubhasiz, qatlam oralig'i qanchalik kichik bo'lsa, sig'im shunchalik katta bo'ladi.

Ko'tarilish vaqti 100-300 ps bo'lgan qurilmalar ko'p emas, lekin IC ning hozirgi rivojlanish tezligiga ko'ra, ko'tarilish vaqti 100-300 ps oralig'ida bo'lgan qurilmalar yuqori ulushni egallaydi.100 dan 300 PS gacha ko'tarilish vaqti bo'lgan sxemalar uchun 3 mil qatlam oralig'i endi ko'pgina ilovalar uchun qo'llanilmaydi.O'sha paytda qatlamlar oralig'i 1mil dan kam bo'lgan delaminatsiya texnologiyasini qabul qilish va FR4 dielektrik materialini yuqori dielektrik o'tkazuvchanlikka ega material bilan almashtirish kerak.Endi keramika va plastmassa plastmassalar 100 dan 300 ps gacha ko'tarilish davrlarining dizayn talablariga javob berishi mumkin.

Kelajakda yangi materiallar va usullardan foydalanish mumkin bo'lsa-da, umumiy 1 dan 3 ns gacha ko'tarilish davrlari, 3 dan 6 milyagacha qatlam oralig'i va FR4 dielektrik materiallari odatda yuqori darajadagi harmoniklarni boshqarish va vaqtinchalik signallarni etarlicha past qilish uchun etarli, ya'ni , umumiy rejim EMI juda past darajada kamayishi mumkin.Ushbu maqolada, tenglikni qatlamli stacking dizayn misoli berilgan va qatlam oralig'i 3 dan 6 milyaga teng deb taxmin qilinadi.

elektromagnit ekranlash

Signalni marshrutlash nuqtai nazaridan, yaxshi qatlam strategiyasi barcha signal izlarini quvvat qatlami yoki er tekisligi yonida joylashgan bir yoki bir nechta qatlamlarga joylashtirish bo'lishi kerak.Elektr ta'minoti uchun yaxshi qatlam strategiyasi bo'lishi kerakki, quvvat qatlami zamin tekisligiga ulashgan bo'lishi kerak va quvvat qatlami va er tekisligi orasidagi masofa imkon qadar kichik bo'lishi kerak, biz buni "qatlamlash" strategiyasi deb ataymiz.

PCB to'plami

Qanday turdagi stacking strategiyasi EMIni himoya qilish va bostirishga yordam beradi?Quyidagi qatlamli stacking sxemasi elektr ta'minoti oqimining bir qatlamda oqishi va bitta kuchlanish yoki bir nechta kuchlanish bir qatlamning turli qismlarida taqsimlanishini nazarda tutadi.Bir nechta quvvat qatlamlari ishi keyinroq muhokama qilinadi.

4 qavatli plastinka

4 qavatli laminatlarni loyihalashda ba'zi potentsial muammolar mavjud.Avvalo, agar signal qatlami tashqi qatlamda bo'lsa va quvvat va zamin tekisligi ichki qatlamda bo'lsa ham, quvvat qatlami va zamin tekisligi orasidagi masofa hali ham juda katta.

Agar xarajat talabi birinchi bo'lsa, an'anaviy 4 qavatli taxtaga quyidagi ikkita muqobil variantni ko'rib chiqish mumkin.Ularning ikkalasi ham EMI bostirish ish faoliyatini yaxshilashi mumkin, ammo ular faqat taxtadagi komponentlarning zichligi etarlicha past bo'lgan va komponentlar atrofida etarli joy mavjud bo'lgan holatlar uchun javob beradi (elektr ta'minoti uchun kerakli mis qoplamani joylashtirish uchun).

Birinchisi, afzal qilingan sxema.PCB ning tashqi qatlamlari barcha qatlamlar va o'rta ikki qatlam signal / quvvat qatlamlaridir.Signal qatlamidagi quvvat manbai keng liniyalar bilan yo'naltiriladi, bu elektr ta'minoti oqimining yo'l empedansini past va signal mikrotasma yo'lining empedansini past qiladi.EMI nazorati nuqtai nazaridan, bu mavjud bo'lgan eng yaxshi 4 qatlamli PCB tuzilishi.Ikkinchi sxemada tashqi qatlam quvvat va tuproqni, o'rta ikki qatlam esa signalni olib yuradi.An'anaviy 4 qatlamli taxta bilan solishtirganda, ushbu sxemani takomillashtirish kichikroq va qatlamlararo empedans an'anaviy 4 qatlamli taxta kabi yaxshi emas.

Agar simi impedansini nazorat qilish kerak bo'lsa, yuqoridagi stacking sxemasi elektr ta'minoti va topraklama mis oroli ostida simlarni yotqizish uchun juda ehtiyot bo'lish kerak.Bundan tashqari, elektr ta'minoti yoki qatlamdagi mis orollari doimiy va past chastotalar o'rtasidagi ulanishni ta'minlash uchun iloji boricha o'zaro bog'langan bo'lishi kerak.

6 qavatli plastinka

4 qatlamli taxtadagi komponentlarning zichligi katta bo'lsa, 6 qatlamli plastinka yaxshiroqdir.Biroq, 6 qatlamli taxtani loyihalashda ba'zi stacking sxemalarining ekranlash effekti etarlicha yaxshi emas va quvvat avtobusining vaqtinchalik signali kamaymaydi.Quyida ikkita misol muhokama qilinadi.

Birinchi holda, elektr ta'minoti va tuproq mos ravishda ikkinchi va beshinchi qatlamlarga joylashtiriladi.Mis qoplamali elektr ta'minotining yuqori empedansi tufayli umumiy rejim EMI nurlanishini nazorat qilish juda noqulay.Biroq, signal empedansini nazorat qilish nuqtai nazaridan, bu usul juda to'g'ri.

Ikkinchi misolda elektr ta'minoti va tuproq mos ravishda uchinchi va to'rtinchi qatlamlarga joylashtiriladi.Ushbu dizayn elektr ta'minotining mis qoplamali empedansi muammosini hal qiladi.1-qavat va 6-qatlamning elektromagnit himoyasi yomon ishlashi tufayli EMI differentsial rejimi ortadi.Ikki tashqi qatlamdagi signal liniyalari soni eng kam bo'lsa va chiziqlar uzunligi juda qisqa bo'lsa (signalning eng yuqori harmonik to'lqin uzunligining 1/20 dan kam), dizayn differensial rejim EMI muammosini hal qilishi mumkin.Natijalar shuni ko'rsatadiki, EMI differensial rejimini bostirish, ayniqsa, tashqi qatlam mis bilan to'ldirilgan va mis qoplamali maydon tuproqli (har 1 / 20 to'lqin uzunligi oralig'ida) bo'lganda yaxshi bo'ladi.Yuqorida aytib o'tilganidek, mis yotqizilishi kerak