Blogue PCB - Rôle de l'empilement stratifié de cartes PCB dans le contrôle du rayonnement EMI

À partir de la disposition de base de la carte PCB, cet article discute du rôle et des techniques de conception de l'empilement de cartes PCB stratifiées dans le contrôle du rayonnement EMI. Il existe de nombreuses façons de résoudre les problèmes EMI. Inhibition EMI moderne

1. Le bus d'alimentation place raisonnablement un condensateur de capacité appropriée près de la broche d'alimentation IC, peut faire le saut de tension de sortie IC changer rapidement. Cependant, le problème ne s'arrête pas là. Comme les condensateurs ont une réponse en fréquence limitée, cela les empêche de produire la puissance harmonique nécessaire pour une sortie IC propre sur toute la bande de fréquences. De plus, les tensions transitoires générées sur le bus d'alimentation généreront une chute de tension sur l'inductance de la voie de découplage, ces tensions transitoires étant la principale source d'interférences EMI de mode commun. Comment devrions - nous résoudre ces problèmes? Dans le cas de l'IC sur notre carte, le plan d'alimentation autour de l'IC peut être considéré comme un bon condensateur haute fréquence, qui peut collecter l'énergie des fuites de condensateurs discrets, fournissant de l'énergie haute fréquence pour une sortie propre. De plus, l'inductance d'une bonne couche d'alimentation doit être plus faible, de sorte que le signal transitoire synthétisé par l'inductance est également plus faible, réduisant ainsi le mode commun EMI. Bien sûr, la connexion de la couche d'alimentation à la broche d'alimentation IC doit être aussi courte que possible, car le front montant du signal numérique est de plus en plus rapide et il est directement connecté au Plot où se trouve la broche d'alimentation IC, qui sera discuté séparément. Pour contrôler le mode commun EMI, le plan de puissance doit être une paire de plans de puissance bien conçus pour faciliter le découplage et avoir une inductance suffisamment faible. Quelqu'un pourrait demander, à quel point est - il bon? La réponse à cette question dépend de la stratification de l'alimentation, du matériau entre les couches et de la fréquence de fonctionnement (c'est - à - dire en fonction du temps de montée de l'IC). Typiquement, l'espacement des couches de puissance est de 6 mil, la couche intermédiaire est en matériau fr4 et la capacité équivalente de la couche de puissance est d'environ 75 PF par pouce carré. Évidemment, plus l'espacement des couches est petit, plus la capacité est grande. Il n'y a pas beaucoup de dispositifs avec un temps de montée de 100 à 300 PS, mais au rythme actuel de développement de l'IC, les dispositifs avec un temps de montée de 100 à 300 PS représenteront une proportion importante. Pour les circuits avec un temps de montée de 100 à 300 PS, l'espacement des couches de 3 Mil ne fonctionnera plus pour la plupart des applications. Il était alors nécessaire d'utiliser une technique de délaminage avec un espacement des couches inférieur à 1 Mil et de remplacer le matériau diélectrique fr4 par un matériau à très haute permittivité. Maintenant, la céramique et la céramique peuvent répondre aux exigences de conception des circuits à temps de montée de 100 à 300 ps. Bien que de nouveaux matériaux et méthodes puissent être utilisés à l'avenir, pour les circuits à temps de montée de 1 à 3 NS, les espacements de couche de 3 à 6 mil et les matériaux diélectriques fr4 couramment utilisés aujourd'hui, il suffit généralement de traiter les harmoniques haut de gamme et de maintenir des transitoires suffisamment faibles, C'est - à - dire que le mode commun EMI peut être très faible. L'exemple de conception d'empilement stratifié de carte PCB donné dans cet article suppose un espacement des couches de 3 à 6 mils. Blindage électromagnétique du point de vue du routage du signal, une bonne stratégie de superposition devrait être de placer toutes les traces de signal sur une ou plusieurs couches à côté de la source d'alimentation ou de la couche de mise à la terre. Pour l'électricité, une bonne stratégie de stratification devrait être que la couche de puissance soit adjacente à la couche de sol et que la distance entre la couche de puissance et la couche de sol soit aussi petite que possible, c'est ce que nous appelons une stratégie de « stratification». 4 stratifiés il y a plusieurs problèmes potentiels avec la conception de 4 stratifiés. Tout d'abord, avec un panneau quadricouche classique de 62 mils d'épaisseur, la distance entre la couche d'alimentation et la couche de terre reste trop importante, même si la couche de signal est à l'extérieur et la couche d'alimentation et la couche de terre à l'intérieur. Si les exigences de coût sont en place, envisagez ces deux alternatives aux panneaux traditionnels à 4 couches. Les deux solutions peuvent améliorer les performances d'inhibition EMI, mais uniquement si la densité des composants sur la carte est suffisamment faible et qu'il existe une surface suffisante autour des composants (pour placer la couche de cuivre d'alimentation requise). La couche externe du PCB est la couche de terre et les deux couches intermédiaires sont la couche signal / alimentation. L'alimentation sur la couche de signal est câblée avec de larges traces, ce qui rend l'impédance du trajet du courant d'alimentation plus faible et l'impédance du trajet microruban du signal plus faible. Du point de vue du contrôle EMI, il s'agit d'une structure existante de carte PCB à 4 couches. Dans une deuxième variante, la couche externe reçoit l'alimentation et la masse, et les deux couches intermédiaires reçoivent le signal. L'amélioration de ce schéma est moindre par rapport à un panneau traditionnel à 4 couches, avec une impédance intercalaire aussi mauvaise qu'un panneau traditionnel à 4 couches. Si l'impédance des traces doit être contrôlée, le schéma d'empilement ci - dessus nécessite un câblage très prudent des traces sous l'alimentation et les îlots de cuivre mis à la terre. En outre, les îlots de cuivre sur l'alimentation ou le plan de masse doivent être interconnectés aussi étroitement que possible pour assurer les connexions DC et basse fréquence. Si la densité des composants sur un panneau de 4 couches est relativement élevée, utilisez un panneau de 6 couches. Cependant, certains schémas d'empilement dans une conception à 6 couches ne suffisent pas à masquer les champs électromagnétiques et ont peu d'impact sur la réduction du signal transitoire du bus d'alimentation. Deux exemples sont discutés ci - dessous. Par example, l'alimentation électrique et la terre sont placées respectivement sur la deuxième et la cinquième couche. Le contrôle du rayonnement EMI de mode commun est très défavorable en raison de la Haute impédance de la gaine de cuivre d'alimentation. Cependant, cette approche est tout à fait correcte du point de vue du contrôle de l'impédance du signal. Le deuxième example place l'alimentation et la mise à la terre respectivement aux troisième et quatrième niveaux. La conception résout le problème de l'impédance de gaine de cuivre d'alimentation. Le mode différentiel EMI augmente en raison de la mauvaise performance du blindage électromagnétique des première et sixième couches. Si le nombre de lignes de signal sur les deux couches externes est faible et la longueur de trace est courte (S