Leiterplattentechnisch - Wie man EMI löst, um die Leistung von mehrschichtigen PCB-Produkten zu verbessern

Bei der Auslegung von Stromversorgungskreisläufen, Elektromagnetische Störungen sind einer der Schlüsselfaktoren, die die Produktleistung beeinflussen. Zur Zeit, für Ingenieure, Es gibt viele Möglichkeiten, das Problem des EWI zu lösen. Normalerweise, Methoden zur Unterdrückung von EMI umfassen: EMI Unterdrückung Beschichtung, EMI Simulation Design und Auswahl geeigneter EMI Unterdrückungsteile, etc. Dieser Artikel beginnt mit PCB und die Rolle und Gestaltungstechniken von PCB Schichtstapelung zur Steuerung der EMI-Strahlung.

Wie man EMI löst, um die Leistung von Multilayer zu verbessern Leiterplattenprodukte

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, den Materialien 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-Material, die äquivalente Kapazität pro Quadratzoll der Leistungsschicht ist 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 nehmen Geräte mit einer Anstiegszeit im Bereich von 100 bis 300 ps einen hohen Anteil ein. Für Schaltungen mit einer Anstiegszeit von 100 bis 300ps ist der 3mil-Schichtabstand für die meisten Anwendungen nicht mehr geeignet. Damals galt es, Schichttechnik mit einem Schichtabstand von weniger als 1 Mio zu verwenden und dielektrische FR4-Werkstoffe durch Materialien mit hoher Dielektrizitätskonstante zu ersetzen. Jetzt können Keramik und keramische Kunststoffe die Designanforderungen von 100 bis 300 ps Anstiegszeitkreisen erfüllen.

Obwohl in Zukunft neue Materialien und neue Methoden verwendet werden können, reicht es für gängige 1- bis 3-ns Anstiegszeitkreise, 3- bis 6-Mil-Schichtabstände und dielektrische FR4-Materialien in der Regel aus, High-End-Oberschwingungen zu handhaben und transiente Signale 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.

Leiterplattenstapel

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 Platte

Es gibt mehrere potenzielle Probleme mit dem 4-Lagen Board Design. 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 first is the preferred solution. 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, Dies ist die beste bestehende 4-Schicht Leiterplattenstruktur; the second solution uses power and ground in the outer layer, und Signale in den mittleren zwei Schichten. Im Vergleich zum traditionellen 4-lagige Platte, die Verbesserung ist kleiner, und die Zwischenschichtimpedanz ist so schlecht wie die traditionelle 4-lagige Platte.

Wenn Sie die Leiterbahnimpedanz steuern möchten, muss das obige Stapelschema sehr vorsichtig sein, um die Leiterbahnen unter den Strom- und Erdkupferinseln anzuordnen; Außerdem sollten die Strom- oder Erdkupferinseln so weit wie möglich miteinander verbunden sein. Um Gleichstrom- und Niederfrequenz-Konnektivität zu gewährleisten.

6-lagige Platte

Wenn die Dichte der Komponenten auf einer 4-Lagen-Platine relativ hoch ist, ist eine 6-Lagen-Platine am besten. Einige Stapelschemata im 6-Lagen-Board-Design sind jedoch nicht gut genug, um das elektromagnetische Feld abzuschirmen und haben wenig Einfluss auf die Reduzierung des transienten Signals des Leistungsbusses. 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.