Leiterplattentechnisch - Wie man EMI im mehrschichtigen PCB-Board-Design löst

Wie löst man EMI in mehreren Schichten PCB-Design
Es gibt viele Möglichkeiten, EMI-Probleme zu lösen. Moderne EMI-Unterdrückungsmethoden umfassen: Verwendung von EMI-Unterdrückungsbeschichtungen, Auswahl geeigneter EMI-Unterdrückungsteile, und EMI Simulation Design. Ausgehend von den grundlegendsten Leiterplattenlayout, Dieser Artikel diskutiert die Rolle und Gestaltungstechniken von PCB Schichtstapelung zur Steuerung der EMI-Strahlung.
Power bus
Properly placing a capacitor of appropriate capacity near the power supply pin of the IC can make the IC output voltage jump faster. Allerdings, das Problem endet hier nicht. Aufgrund des begrenzten Frequenzgangs des Kondensators, Der Kondensator kann nicht die Oberschwingungsleistung erzeugen, die erforderlich ist, um den IC-Ausgang sauber im vollen Frequenzband anzutreiben. Darüber hinaus, Die auf dem Strombus gebildete transiente Spannung bildet 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 Platine betrifft, Die Leistungsschicht um den IC kann als ausgezeichneter Hochfrequenzkondensator angesehen werden, Das kann den Teil der Energie sammeln, die durch den diskreten Kondensator austritt, der Hochfrequenzenergie für sauberen Ausgang liefert. Darüber hinaus, Die Induktivität einer guten Leistungsschicht sollte klein sein, So ist das transiente Signal, das durch die Induktivität synthetisiert wird, auch klein, Verringerung des EWI im Gleichtaktmodus.
Natürlich, Die Verbindung zwischen der Power Layer und dem IC Power Pin muss so kurz wie möglich sein, Denn die steigende Kante des digitalen Signals wird immer schneller, und es ist am besten, es direkt mit dem Pad zu verbinden, wo sich der IC-Power-Pin befindet. Dies muss gesondert erörtert werden.
Zur Steuerung von Gleichtakt-EMI, Die Leistungsebene muss zur Entkopplung beitragen und eine hinreichend geringe Induktivität aufweisen. Diese Leistungsebene muss ein gut entworfenes Paar von Leistungsebenen sein. Jemand könnte fragen, wie gut ist gut? Die Antwort auf die Frage hängt von der Schichtung des Netzteils ab, die Materialien zwischen den Schichten, and the operating frequency (that is, a function of the IC rise time). Allgemein, der Abstand der Leistungsschicht beträgt 6mil, und die Zwischenschicht ist FR4 Material, Die äquivalente Kapazität der Leistungsschicht pro Quadratzoll beträgt etwa 75pF. Offensichtlich, je kleiner der Ebenenabstand, je 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, Schichttechnik mit einem Schichtabstand von weniger als 1 Mio zu verwenden, und FR4 dielektrische Werkstoffe durch Werkstoffe mit hoher Dielektrizitätskonstante zu ersetzen. Jetzt, Keramik und keramische Kunststoffe können die Entwurfsanforderungen von 100 bis 300 ps Anstiegszeitkreisen erfüllen.
Obwohl in Zukunft neue Materialien und neue Methoden eingesetzt werden können, für heutige 1 bis 3ns Anstiegszeitkreise, 3 bis 6mil Schichtabstand und FR4 dielektrische Materialien, Es ist in der Regel ausreichend, High-End-Oberschwingungen zu handhaben und das transiente Signal niedrig genug zu machen, das heißt,, Gleichtakt-EMI kann sehr niedrig reduziert werden. Die PCB Die in diesem Artikel angegebenen Designbeispiele für Schichtstapel setzen einen Schichtabstand von 3 bis 6 mil voraus.

Electromagnetic shielding
From the perspective of signal traces, Eine gute Schichtstrategie sollte darin bestehen, alle Signalspuren auf eine oder mehrere Schichten zu legen, und diese Schichten befinden sich neben der Leistungsschicht oder Bodenschicht. Für die Stromversorgung, Eine gute Schichtstrategie sollte 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.

PCB stacking
What stacking strategy helps to shield and suppress EMI? Das folgende Schichtstapelschema setzt voraus, dass der Stromversorgungsstrom auf einer einzigen Schicht fließt, und die einzelne Spannung oder mehrere Spannungen sind in verschiedenen Teilen der gleichen Schicht verteilt. Der Fall von mehreren Leistungsschichten wird später diskutiert.
4-lagige Leiterplatte
There are several potential problems with the 4-Lagen Brett design. Zunächst einmal, Die traditionelle vierschichtige Platte mit einer Stärke von 62 Mils, auch wenn sich die Signalschicht auf der äußeren Schicht befindet, und die Energie- und Bodenschichten sind auf der inneren Schicht, Der Abstand zwischen der Leistungsschicht und der Bodenschicht ist noch zu groß.
Wenn die Kostenanforderung zuerst ist, you can consider the following two traditional 4-lagige Leiterplatte alternatives. Beide Lösungen können die Leistung der EMI-Unterdrückung verbessern, but they are only suitable for applications where the component density on the board is low enough and there is enough area around the components (place the required power supply copper layer).
Die erste ist die bevorzugte Lösung. Die äußeren Schichten der PCB sind 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 der beste 4-Lagen PCB 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 Leiterplatte.
Wenn Sie die Leiterbahnimpedanz steuern möchten, Das obige Stapelschema muss sehr vorsichtig sein, um die Spuren unter den Strom- und gemahlenen Kupferinseln anzuordnen. Darüber hinaus, Die Kupferinseln auf der Stromversorgungs- oder Erdschicht sollten so weit wie möglich miteinander verbunden sein, um Gleichstrom- und Niederfrequenz-Konnektivität zu gewährleisten.