PCB-Neuigkeiten - Wie man das EMI-Problem im PCB-Mehrschicht-Leiterplattendesign löst

How to solve the EMI problem in PCB multi-layer circuit board Design

There are many ways to solve EMI problems. Moderne EMI-Unterdrückungsmethoden umfassen: Verwendung von EMI-Unterdrückungsbeschichtungen, Auswahl geeigneter EMI-Unterdrückungsteile, und EMI Simulation Design. Dieser Artikel beginnt mit dem grundlegenden Leiterplattenlayout, Der folgende Editor von Shenzhen Leiterplattenhersteller diskutiert die Rolle und Designtechniken von Leiterplatte mit mehreren Schichten Schichtstapelung zur Steuerung der EMI-Strahlung.

Strombus

Die richtige Platzierung eines Kondensators mit angemessener Kapazität in der Nähe des Netzteilstifts des IC kann die IC-Ausgangsspannung schneller springen lassen. Hier endet das Problem jedoch nicht. Aufgrund des begrenzten Frequenzgangs des Kondensators kann der Kondensator nicht die Oberschwingungsleistung erzeugen, die erforderlich ist, um den IC-Ausgang sauber im vollen Frequenzband anzutreiben. Darüber hinaus bildet die auf dem Leistungsbus gebildete transiente Spannung einen Spannungsabfall über die Induktivität des Entkopplungspfades, und diese transienten Spannungen sind die wichtigsten Gleichtakt-EMI-Störquellen. Wie sollen wir diese Probleme lösen?

Was den IC auf unserer Leiterplatte betrifft, kann die Leistungsschicht um den IC als ausgezeichneter Hochfrequenzkondensator angesehen werden, der den Teil der Energie sammeln kann, die durch den diskreten Kondensator austritt, der Hochfrequenzenergie für saubere Ausgabe bereitstellt. Darüber hinaus sollte die Induktivität einer guten Leistungsschicht klein sein, so dass das transiente Signal, das durch die Induktivität synthetisiert wird, auch klein ist, wodurch Gleichtakt-EMI reduziert wird.

Natürlich muss die Verbindung zwischen der Leistungsschicht und dem IC-Power-Pin so kurz wie möglich sein, da die steigende Kante des digitalen Signals immer schneller wird, und es ist am besten, es direkt mit dem Pad zu verbinden, auf dem sich der IC-Power-Pin befindet. Das muss gesondert diskutiert werden.

Um Gleichtakt-EMI zu steuern, muss die Leistungsebene zur Entkopplung beitragen und eine ausreichend niedrige Induktivität aufweisen. Diese Leistungsebene muss ein gut entworfenes Paar von Leistungsebenen sein. Jemand mag fragen, wie gut ist gut? Die Antwort auf die Frage hängt von der Schichtung der Stromversorgung, dem Material zwischen den Schichten und der Betriebsfrequenz (d.h. einer Funktion der IC-Anstiegszeit) ab. Normalerweise ist der Abstand der Leistungsschicht 6mil, und die Zwischenschicht ist FR4 Glasfaserplattenmaterial, die äquivalente Kapazität pro Quadratzoll der Leistungsschicht beträgt etwa 75pF. Je kleiner der Schichtabstand, desto größer die Kapazität.

Es gibt nicht viele Geräte mit einer Anstiegszeit von 100 bis 300 ps, aber entsprechend der aktuellen IC Entwicklungsgeschwindigkeit, Geräte mit einer Anstiegszeit im Bereich von 100 bis 300 ps belegen einen hohen Anteil. Für Schaltungen mit einer Anstiegszeit von 100 bis 300ps, 3mil Schichtabstand ist für die meisten Anwendungen nicht mehr geeignet. Damals, Es war notwendig, eine Schichttechnologie mit einem Schichtabstand von weniger als 1 Mio zu verwenden, und verwenden Sie ein Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstante, um die FR4 Glasfaserplatte dielektrisches Material. Jetzt, Keramik und keramische Kunststoffe können die Entwurfsanforderungen von 100 bis 300 ps Anstiegszeitkreisen erfüllen.

Obwohl in Zukunft neue Materialien und neue Methoden verwendet werden können, reicht es für heutige gängige 1- bis 3ns Anstiegszeitschaltungen, 3- bis 6mil-Schichtabstände und dielektrische FR4-Materialien in der Regel aus, High-End-Oberschwingungen zu handhaben und das transiente Signal niedrig genug zu machen, das heißt, Gleichtakt-EMI kann sehr niedrig reduziert werden. Die in diesem Artikel genannten PCB-Schichtstapel-Designbeispiele nehmen einen Schichtabstand von 3 bis 6 Millionen an.

Elektromagnetische Abschirmung

Aus der Perspektive von Signalspuren sollte eine gute Schichtstrategie darin bestehen, alle Signalspuren auf eine oder mehrere Schichten zu legen, und diese Schichten befinden sich neben der Leistungsschicht oder Masseschicht. Für die Stromversorgung sollte eine gute Schichtstrategie darin bestehen, dass die Leistungsschicht an die Bodenschicht angrenzt und der Abstand zwischen der Leistungsschicht und der Bodenschicht so klein wie möglich ist. Das nennen wir die "Layering"-Strategie.

Stapeln von Leiterplatten

Welche Stapelstrategie hilft, EMI abzuschirmen und zu unterdrücken? Das folgende geschichtete Stapelschema geht davon aus, dass der Stromversorgungsstrom auf einer einzigen Schicht fließt und die einzelne Spannung oder mehrere Spannungen in verschiedenen Teilen derselben Schicht verteilt sind. Der Fall mehrerer Leistungsschichten wird später diskutiert.

4-lagige Leiterplatte

Es gibt mehrere potenzielle Probleme mit dem 4-lagigen Leiterplattendesign. Zunächst einmal ist die traditionelle vierschichtige Platte mit einer Stärke von 62 mils, selbst wenn die Signalschicht auf der äußeren Schicht ist und die Energie- und Masseschichten auf der inneren Schicht sind, der Abstand zwischen der Leistungsschicht und der Bodenschicht ist immer noch zu groß.

Wenn die Kostenanforderung zuerst ist, können Sie die folgenden zwei traditionellen 4-Lagen-Plattenalternativen in Betracht ziehen. Beide Lösungen können die Leistung der EMI-Unterdrückung verbessern, eignen sich aber nur für Anwendungen, bei denen die Bauteildichte auf der Platine niedrig genug ist und genügend Fläche um die Komponenten herum vorhanden ist (Platzieren Sie die erforderliche Stromversorgung Kupferschicht).

Die erste ist die bevorzugte Lösung. Die äußeren Schichten der Leiterplatte sind alle Bodenschichten, und die mittleren beiden Schichten sind Signal/Leistungsschichten. Die Stromversorgung auf der Signalschicht wird mit einer breiten Leitung geführt, die Wegimpedanz des Netzteilstroms niedrig machen kann, und die Impedanz des Signalmikrostreifenpfades ist auch niedrig. Aus Sicht der WWI-Kontrolle, das ist das Beste 4-lagige Leiterplatte Struktur verfügbar. In der zweiten Regelung, die äußere Schicht verwendet Energie und Boden, und die mittleren beiden Schichten verwenden Signale. Verglichen mit der traditionellen 4-Lagen-Platte, die Verbesserung ist kleiner, und die Zwischenschichtimpedanz ist so schlecht wie die traditionelle 4-Schicht-Platte.

Wenn Sie die Leiterbahnimpedanz steuern möchten, muss das obige Stapelschema sehr vorsichtig sein, um die Leiterbahnen unter den Strom- und Erdkupferinseln anzuordnen. Darüber hinaus sollten die Kupferinseln auf der Stromversorgung oder Erdungsschicht so weit wie möglich miteinander verbunden sein, um Gleich- und Niederfrequenz-Konnektivität zu gewährleisten.

6-lagige Leiterplatte

Wenn die Bauteildichte auf einem 4-lagige Leiterplatte ist relativ hoch, eine 6-Lagen-Platte ist am besten. Allerdings, in der Gestaltung der6-lagige Leiterplatte, Einige Stapelschemata sind nicht gut genug, um das elektromagnetische Feld abzuschirmen, und wenig Einfluss auf die Reduktion des transienten Signals derStrombus. Im Folgenden werden zwei Beispiele erläutert..

Im ersten Beispiel werden Stromversorgung und Erdung auf der zweiten und fünften Schicht platziert. Aufgrund der hohen Kupferimpedanz des Netzteils ist es sehr ungünstig, die Gleichtakt-EMI-Strahlung zu steuern. Aus Sicht der Signalimpedanzsteuerung ist diese Methode jedoch sehr korrekt.

Im zweiten Beispiel werden Stromversorgung und Erdung auf der dritten und vierten Schicht platziert. Dieses Design löst das Problem der Stromversorgung Kupferimpedanz. Aufgrund der schlechten elektromagnetischen Abschirmleistung der ersten und sechsten Schicht wird die Differenzmodus-EMI erhöht. Wenn die Anzahl der Signalleitungen auf den beiden äußeren Schichten am wenigsten ist und die Spurenlänge sehr kurz ist (kürzer als 1/20 der Wellenlänge der höchsten Oberschwingung des Signals), kann dieser Entwurf das Differenzmodus-EMI-Problem lösen. Füllen Sie den kupferplattierten Bereich ohne Komponenten und Spuren auf der äußeren Schicht und erden Sie den kupferplattierten Bereich (jede 1/20 Wellenlänge als Intervall), was besonders gut zur Unterdrückung differentieller Mode EMI ist. Wie bereits erwähnt, ist es notwendig, den Kupferbereich an mehreren Punkten mit der inneren Masseebene zu verbinden.

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