Leiterplattentechnisch - Lösen Sie das EMI-Problem von mehrschichtigen Leiterplatten

Es gibt viele Möglichkeiten, EMI-Probleme zu lösen. Moderne EMI-Unterdrückungsmethoden umfassen: Verwendung von EMI-Unterdrückungsbeschichtungen zur Auswahl geeigneter EMI-Unterdrückungsteile und EMI-Simulationsdesign. Ausgehend von den grundlegendsten Leiterplattenlayout, Dieser Artikel diskutiert die Rolle und Gestaltungstechniken von Leiterplatten geschichtet Stapeln bei der Steuerung von EMI-Strahlung.

Strombus

Eine angemessene 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 von Kondensatoren können die Kondensatoren nicht die Oberschwingungsleistung erzeugen, die erforderlich ist, um den IC-Ausgang sauber im vollen Frequenzband anzutreiben. Darüber hinaus bildet die an der Leistungsbusleiste gebildete transiente Spannung einen Spannungsabfall über den Induktor des Entkopplungspfades. Diese transienten Spannungen sind die wichtigsten Gleichtakt-EMI-Störquellen. Wie sollen diese Probleme gelöst werden?

Was den IC auf der 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. Im Allgemeinen ist der Abstand der Leistungsschicht 6mil, und die Zwischenschicht ist FR4-Material, die äquivalente Kapazität der Leistungsschicht pro Quadratzoll 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 Materialien FR4 durch Materialien mit hohen dielektrischen Konstanten 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 eingesetzt werden können, für die heutigen üblichen 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 Leiterplatten geschichtet Die in diesem Artikel angeführten Stapelentwurfsbeispiele setzen einen Ebenenabstand von 3 bis 6 mil voraus.

Elektromagnetische Abschirmung

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

Leiterplattenstapel

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