Noticias de PCB - Cómo resolver el problema del IME en el diseño de PCB multicapas

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

There are many ways to solve EMI problems. Los métodos modernos de supresión del IME incluyen: recubrimiento de supresión del IME, Selección de los componentes adecuados de supresión del IME, Diseño de simulación del IME. Este artículo comienza con la disposición básica de la placa de circuito, Los siguientes editores de los fabricantes de circuitos de Shenzhen discuten PCB multicapas Control de la radiación EMI por superposición de capas.

Power bus

Un condensador de capacidad adecuada cerca del pin de alimentación del CI puede hacer que el voltaje de salida del CI cambie rápidamente. Sin embargo, el problema no es sólo eso. Debido a la respuesta de frecuencia finita del condensador, el condensador no puede generar la Potencia armónica necesaria para conducir limpiamente la salida IC en toda la banda de frecuencia. Además, los voltajes transitorios formados en el bus de alimentación formarán una caída de tensión en la Inductancia de la trayectoria de desacoplamiento, y estos voltajes transitorios son las principales fuentes de interferencia del IME de modo común. ¿Cómo podemos resolver estos problemas?

En el caso del CI en nuestro tablero, la capa de alimentación alrededor del CI puede ser considerada como un excelente condensador de alta frecuencia, que puede recoger parte de la energía filtrada del condensador discreto y proporcionar energía de alta frecuencia para la salida limpia. Además, la Inductancia de la buena capa de Potencia debe ser pequeña, por lo que la señal transitoria sintetizada por la Inductancia también es pequeña, reduciendo así el IME de modo común.

Por supuesto, la conexión entre la capa de alimentación y el pin de alimentación IC debe ser lo más corta posible, ya que el borde ascendente de la señal digital es cada vez más rápido, preferiblemente directamente a la almohadilla donde se encuentra el pin de alimentación IC. Esto requiere un debate separado.

Para controlar el IME de modo común, el plano de Potencia debe ser útil para desacoplar y tener una Inductancia suficientemente baja. El plano de alimentación debe ser un par de planos de alimentación cuidadosamente diseñados. ¿Alguien podría preguntar, qué tan bueno es? La respuesta a esta pregunta depende de la estratificación de la fuente de alimentación, el material entre capas y la frecuencia de funcionamiento (es decir, en función del tiempo de subida del CI). En general, la distancia entre las capas de potencia es de 6 mils, la capa intercalar es de fibra de vidrio fr4, y la Capacitancia equivalente de la capa de potencia es de aproximadamente 75 PF por pulgada cuadrada. Obviamente, cuanto menor es el espaciamiento de las capas, mayor es la Capacitancia.

No hay muchos dispositivos con tiempos de subida de 100 a 300 ps, Sin embargo, de acuerdo con la velocidad actual de desarrollo del CI, Los dispositivos con tiempos de subida de 100 a 300 ps representarán una gran proporción. Para circuitos con tiempos de subida de 100 a 300 ps, El espaciamiento de la capa 3mil ya no es adecuado para la mayoría de las aplicaciones. En ese momento, Es necesario adoptar una técnica de estratificación con una distancia de capa inferior a 1 milímetro, Y el uso de materiales con alta constante dieléctrica en lugar de Fr4 fibra de vidrio Material dieléctrico. Ahora, La cerámica y el plástico cerámico pueden cumplir los requisitos de diseño del Circuito de tiempo de subida de 100 a 300 ps.

Aunque es probable que se utilicen nuevos materiales y métodos en el futuro, los materiales dieléctricos comunes de 1 a 3 NS de tiempo de subida, 3 a 6 mils de espaciamiento de capas y fr4 son generalmente suficientes para manejar armónicos de alta gama y hacer que las señales transitorias sean lo suficientemente bajas, es decir, el IME de modo común puede reducirse a muy bajas. El ejemplo de diseño de apilamiento de capas de PCB dado en este artículo asume que el espaciamiento de capas es de 3 a 6 mils.

Blindaje electromagnético

Desde el punto de vista de la traza de la señal, una buena estrategia de estratificación debe ser colocar todas las trazas de la señal en una o más capas adyacentes a la capa de alimentación o a la capa de tierra. Para la fuente de alimentación, una buena estrategia de estratificación debe ser que la capa de alimentación esté adyacente a la capa de puesta a tierra y la distancia entre la capa de alimentación y la capa de puesta a tierra sea lo más pequeña posible. Esto es lo que llamamos una estrategia de "estratificación".

Pila de PCB

¿Qué estrategias de apilamiento ayudan a enmascarar y suprimir el IME? El siguiente esquema de apilamiento jerárquico asume que la corriente de alimentación fluye en una sola capa y que un solo voltaje o múltiples voltajes se distribuyen en diferentes partes de la misma capa. El caso de múltiples capas de potencia se discutirá más adelante.

Placa de circuito de 4 capas

Hay algunos problemas potenciales en el diseño de la placa de circuito de 4 capas. En primer lugar, la distancia entre la capa de alimentación y la capa de puesta a tierra sigue siendo demasiado grande para una placa tradicional de cuatro capas de 62 mils de espesor, incluso si la capa de señal está en la capa exterior y la capa de alimentación y la capa de puesta a tierra están en la capa interna.

Si los requisitos de coste son primordiales, considere las siguientes dos alternativas tradicionales de 4 pisos. Ambas soluciones mejoran el rendimiento de la supresión del IME, pero sólo se aplican a aplicaciones en las que la densidad de los componentes a bordo es lo suficientemente baja y hay suficiente área alrededor de los componentes (para colocar la capa de cobre de alimentación requerida).

La primera es la solución preferida. Capa exterior PCB circuit board Son todos los pisos inferiores, La capa intermedia es la capa de señal/Nivel de poder. La fuente de alimentación en la capa de señal adopta el cableado de línea ancha, Esto hace que la Impedancia de trayectoria de la corriente de alimentación sea baja, Y la Impedancia de la trayectoria MICROSTRIP de la señal es baja.. Desde el punto de vista del control del IME, Es lo mejor. PCB de 4 capas Estructura disponible. En el segundo escenario:, Fuente de alimentación externa y puesta a tierra, Señal de uso de dos capas intermedias. En comparación con la placa tradicional de 4 capas, Menos mejora, Y la impedancia interlaminar es tan pobre como la placa tradicional de 4 capas..

Para controlar la Impedancia de la traza, el esquema de apilamiento anterior debe tener mucho cuidado de colocar la traza debajo de la fuente de alimentación y la isla de cobre de puesta a tierra. Además, las Islas de cobre en la fuente de alimentación o en el suelo deben interconectarse en la medida de lo posible para garantizar las conexiones de corriente continua y baja frecuencia.

Tablero de 6 capas

Si Placa de circuito de 4 capas Relativamente alto, Preferiblemente 6 pisos. Sin embargo,, En el diseñoTablero de 6 capas, Algunos esquemas de superposición no son suficientes para proteger el campo electromagnético, Y tiene poca influencia en la reducción de la señal transitoria del sistema.Power bus. A continuación se examinan dos ejemplos..

En el primer ejemplo, la fuente de alimentación y la puesta a tierra se encuentran en las capas segunda y quinta, respectivamente. Debido a la Alta Impedancia de cobre de la fuente de alimentación, el control de la radiación EMI de modo común es muy desfavorable. Sin embargo, este método es muy correcto desde el punto de vista del control de impedancia de señal.

En el segundo ejemplo, la fuente de alimentación y la puesta a tierra se encuentran en las capas tercera y cuarta, respectivamente. El diseño resuelve el problema de la Impedancia de cobre de la fuente de alimentación. Debido al mal rendimiento del blindaje electromagnético de las capas 1 y 6, el IME de modo diferencial aumenta. Si el número de líneas de señal en las dos capas externas es mínimo y la longitud del rastro es muy corta (menos de 1 / 20 de la longitud de onda armónica más alta de la señal), el diseño puede resolver el problema del IME de modo diferencial. La región de recubrimiento de cobre se llena en la capa exterior sin componentes y sin trazas, y la región de recubrimiento de cobre se pone a tierra (a intervalos de 1 / 20 de longitud de onda), lo que es especialmente adecuado para suprimir el modo diferencial EMI. Como se mencionó anteriormente, es necesario conectar la región de cobre con el plano interno de puesta a tierra en varios puntos.

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