Fabricant et Assemblage des cartes électroniques ultra-précis, PCB haute-fréquence, PCB haute-vitesse, et PCB standard ou PCB multi-couches.
On fournit un service PCB&PCBA personnalisé et très fiable pour tout vos projets.
Il existe de nombreuses façons de résoudre les problèmes EMI. Les méthodes modernes d'inhibition EMI comprennent: l'utilisation d'un revêtement d'inhibition EMI, le choix des pièces de rechange appropriées pour l'inhibition EMI, la conception de simulation EMI, etc. cet article commence par une carte PCB de base et discute du rôle de l'empilement de PCB dans les techniques de contrôle et de conception du rayonnement EMI.
Bus d'alimentation PCB
Placer raisonnablement la capacité près de la broche IC peut faire le saut de tension de sortie IC changer rapidement. Cependant, ce n’est pas la fin du problème. Comme la réponse en fréquence du condensateur est limitée, il n'est pas possible pour le condensateur de produire la puissance harmonique nécessaire pour piloter proprement la sortie IC dans toute la bande de fréquences. En outre, la tension transitoire formée sur la jonction de puissance crée une chute de tension aux bornes de l'inductance dans la voie de découplage, qui est la principale source d'interférence EMI de mode commun. Comment devrions - nous résoudre ces problèmes?
Il existe de nombreuses façons de résoudre les problèmes EMI. Les méthodes modernes d'inhibition EMI comprennent: l'utilisation d'un revêtement d'inhibition EMI, le choix des pièces de rechange appropriées pour l'inhibition EMI, la conception de simulation EMI, etc. cet article commence par une carte PCB de base et discute du rôle de l'empilement de PCB dans les techniques de contrôle et de conception du rayonnement EMI.
Bus de puissance
Placer raisonnablement la capacité près de la broche IC peut faire le saut de tension de sortie IC changer rapidement. Cependant, ce n’est pas la fin du problème. Comme la réponse en fréquence du condensateur est limitée, il n'est pas possible pour le condensateur de produire la puissance harmonique nécessaire pour piloter proprement la sortie IC dans toute la bande de fréquences. En outre, la tension transitoire formée sur la jonction de puissance crée une chute de tension aux bornes de l'inductance dans la voie de découplage, qui est la principale source d'interférence EMI de mode commun. Comment devrions - nous résoudre ces problèmes?
Pour nos circuits imprimés IC sur carte, la couche de puissance autour de l'IC peut être considérée comme un bon condensateur haute fréquence qui peut collecter une partie de l'énergie qui fuit des condensateurs discrets qui fournissent de l'énergie haute fréquence pour une sortie propre. De plus, l'inductance de la bonne couche de puissance est plus faible et donc le signal transitoire synthétisé par l'inductance est plus faible, ce qui réduit le mode commun EMI.
Bien sûr, la connexion entre la couche d'alimentation PCB et la broche d'alimentation IC doit être aussi courte que possible, car le signal numérique monte de plus en plus vite et il est préférable d'atteindre directement le Plot sur lequel se trouve la broche d'alimentation IC, ce qui sera discuté séparément.
Pour contrôler le mode commun EMI, la couche de puissance doit être une paire de couches de puissance bien conçues pour faciliter le découplage et avoir une inductance suffisamment faible. On pourrait se demander à quel point est - ce bon? La réponse à cette question dépend des couches 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'écart entre les couches de puissance est de 6 mil et l'intercalaire est en matériau fr4. 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 compris entre 100 et 300 PS, mais selon la vitesse de développement actuelle de l'IC, les dispositifs avec un temps de montée compris entre 100 et 300 PS occuperont un pourcentage élevé. Pour les circuits avec un temps de montée de 100 à 300 PS, l'espacement des couches de 3 Mil n'est plus adapté à la plupart des applications. A cette époque, il était nécessaire d'utiliser une technologie de couche avec un espacement de couche inférieur à 1 Mil et de remplacer le matériau diélectrique fr4 par un matériau à forte permittivité diélectrique. Maintenant, les céramiques et les plastiques céramiques peuvent répondre aux exigences de conception des circuits à temps de montée de 100 à 300 ps.
Bien que de nouveaux matériaux et de nouvelles méthodes puissent être introduits à l'avenir, le mode commun EMI peut être très faible 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, ce qui est généralement suffisant pour traiter les harmoniques haut de gamme et maintenir les signaux transitoires suffisamment bas. L'exemple de conception d'empilement de PCB donné dans cet article suppose un espacement des couches de 3 à 6 mils.
PCB blindage électromagnétique
Du point de vue du routage des signaux, une bonne stratégie de superposition devrait être de placer tous les itinéraires de signaux sur une ou plusieurs couches qui sont à côté de la couche d'alimentation ou de la couche de mise à la terre. Pour l'alimentation, une bonne stratégie de stratification devrait être que la couche d'alimentation soit adjacente à la couche de terre et que la distance entre la couche d'alimentation et la couche de sol soit aussi faible que possible. C’est ce que nous appelons une stratégie de « stratification ».
Empilement de PCB
Quelles stratégies d'empilement peuvent aider à masquer et supprimer l'EMI? Le schéma d'empilement hiérarchique suivant suppose que le courant de puissance circule sur une seule couche et qu'une seule tension ou plusieurs tensions sont réparties sur différentes parties d'une même couche. Le cas de plusieurs couches de puissance sera discuté plus tard.
Carte PCB 4 couches
Il y a plusieurs problèmes potentiels avec la conception de 4 étages. Tout d'abord, même si la couche de signal est à l'extérieur et la couche d'alimentation et la couche de terre à l'intérieur, l'écart entre la couche d'alimentation et la couche de terre est trop grand.
Si les exigences de coût viennent en premier, considérez ces deux alternatives aux panneaux traditionnels à 4 couches. Les deux peuvent améliorer les performances d'inhibition EMI, mais seulement si la densité des éléments sur la carte est suffisamment faible et qu'il y a suffisamment de surface autour des éléments pour placer l'alimentation en cuivre requise.
La première est une solution préférée dans laquelle la couche externe du PCB est une couche et la couche intermédiaire est une couche signal / puissance. L'alimentation sur la couche de signal est câblée par des lignes larges, ce qui rend l'impédance de trajet du courant d'alimentation plus faible et l'impédance de trajet du microruban de signal plus faible. Du point de vue du contrôle EMI, c'est la meilleure structure de PCB à quatre couches actuellement disponible. La seconde solution utilise à la fois la couche externe et la couche intermédiaire pour l'itinérance du signal. L'amélioration est moindre par rapport aux panneaux traditionnels à 4 couches et l'impédance inter - couches est aussi mauvaise que les panneaux traditionnels à 4 couches.
Si vous souhaitez contrôler l'impédance de la ligne, le schéma d'empilement ci - dessus place soigneusement la ligne sous l'alimentation et les îlots de cuivre mis à la terre. En outre, les îlots de cuivre sur les sources d'alimentation ou les formations doivent être interconnectés aussi étroitement que possible pour assurer les connexions DC et basse fréquence.
Carte PCB 6 couches
Si la densité des composants est élevée sur un panneau à 4 couches, il est préférable d'utiliser un panneau à 6 couches. Cependant, certains schémas d'empilement dans la conception du panneau à 6 couches ne protègent pas suffisamment les champs électromagnétiques et ont peu d'effet sur la réduction du signal transitoire du bus de puissance. Deux exemples sont discutés ci - dessous.
Le premier example place l'alimentation électrique et la masse respectivement sur les couches 2 et 5, ce qui est très préjudiciable au contrôle du rayonnement EMI de mode commun du fait de la forte impédance de recouvrement de cuivre de l'alimentation électrique. Cependant, cette approche est tout à fait correcte du point de vue du contrôle de l'impédance du signal.
Dans un deuxième example, l'alimentation électrique et la masse sont respectivement placées sur les couches 3 et 4. Cette conception résout le problème de l'impédance recouverte de cuivre de l'alimentation. Le mode différentiel EMI augmente en raison des mauvaises performances de blindage électromagnétique des couches 1 et 6. Si le nombre de lignes de signal sur les deux couches externes est minimal, la longueur de ligne est très courte (inférieure à 1 / 20 de la longueur d'onde harmonique maximale du signal). Cette conception résout le problème du mode différentiel EMI. La pose de cuivre dans les zones extérieures non assemblées et non câblées et la mise à la terre des zones recouvertes de cuivre (espacées toutes les vingt longueurs d'onde) inhibent particulièrement bien le mode différentiel EMI. Comme mentionné précédemment, la zone de pose de cuivre doit être associée à plusieurs points de la couche de mise à la terre interne.
La conception universelle haute performance à 6 couches pose généralement les couches 1 et 6 dans la formation, les couches 3 et 4 étant électrifiées et mises à la terre. La réjection EMI est excellente car il y a deux couches de lignes de signal bi - microbande centrées entre la couche de puissance et la couche adjacente. L'inconvénient de cette conception est qu'il n'y a que deux couches dans la couche de ligne. Comme mentionné précédemment, si la couche externe est plus courte et que le cuivre est posé dans la zone sans fil, le traditionnel 6 est utilisé. Les couches peuvent également réaliser le même empilement.
Une autre disposition de 6 couches est le signal, la terre, le signal, l'alimentation, la terre et le signal, ce qui permet d'obtenir l'environnement requis pour une conception avancée de l'intégrité du signal. La couche de signal est adjacente à la couche de terre et la couche de puissance et la couche d'interface sont appariées. L'inconvénient est évidemment que l'empilement des couches est déséquilibré.
Cela entraîne souvent des problèmes de traitement et de fabrication. La solution consiste à remplir toutes les zones vides de la troisième couche de cuivre, qui peut être considérée comme une carte de circuit électrique structurellement équilibrée si la densité de cuivre de la troisième couche est proche de celle de la couche d'alimentation ou de la couche de terre. La zone de remplissage en cuivre doit être connectée à une source d'alimentation ou à la terre. La distance entre les trous de connexion est toujours de 1 / 20 de la longueur d'onde et n'est pas toujours connectée n'importe où. Connecté, mais de préférence connecté.
Carte PCB 10 couches
Du fait de la très faible épaisseur des couches isolantes entre les multicouches, l'impédance entre les 10 ou 12 couches de la carte et ces couches est très faible et une bonne intégrité du signal est tout à fait prévisible tant que ces couches et empilements ne sont pas défaillants. Il est plus difficile d'usiner 12 couches avec une épaisseur de 62 mil et moins de fabricants sont capables d'usiner 12 couches.
Parce qu'il y a toujours une couche isolante entre la couche de signal et la couche de boucle, il n'est pas optimal d'allouer 6 couches au milieu d'une conception à 10 couches pour suivre la ligne de signal. En outre, il est important de rendre la couche de signal adjacente à la couche de boucle, c'est - à - dire que la disposition de la carte est signal, terre, signal, signal, masse, signal.
Cette conception permet un bon cheminement du courant de signal et de son courant de boucle. Une stratégie de câblage appropriée est que la première couche suit la direction X, la troisième couche suit la direction y, la quatrième couche suit la direction X, etc. visuellement, les couches 1 et 3 sont une paire de couches, les couches 4 et 7 sont une couche, les couches 8 et 10 sont la dernière paire de couches. Lorsque vous avez besoin de changer la direction d'une ligne, la ligne de signal de la première couche devrait changer de direction après la troisième couche par "perforation". En fait, ce n’est peut - être pas toujours possible, mais en tant que concept de design, il faut s’y tenir autant que possible.
De même, lorsque la direction du signal change, le signal doit être acheminé des couches 8 et 10 ou de la couche 4 à la couche 7 à travers des trous. Ce câblage assure que le couplage entre le trajet direct du signal et la boucle est le plus serré possible. Par exemple, si le signal est à la couche 1 et que la boucle est à la couche 2 et seulement à la couche 2, le signal sur la couche 1 apparaîtra même à travers des « trous». Passez à la couche 3 et le circuit est toujours au niveau 2, ce qui préserve les propriétés de faible inductance, de grande capacité et de bonnes performances de blindage électromagnétique.
Et si ce n'était pas le cas? Par exemple, la ligne de signal de la première couche traverse le trou pour atteindre la couche 10, puis le signal de boucle doit rechercher le plan de masse de la couche 9, et le courant de boucle doit passer par le trou pour trouver la masse la plus proche (par exemple, les broches de masse d'éléments tels que la résistance ou la capacité). Sans un tel trou proche, l'inductance augmenterait, la capacité diminuerait et l'EMI augmenterait.
Lorsque la ligne de signal doit quitter la paire actuelle de couches vers d'autres couches à travers le trou, le trou de terre doit être placé près du trou afin que le signal de boucle puisse revenir en douceur à la couche de connexion appropriée. Pour les couches 4 et 7, la boucle de signal proviendra soit de la couche d'alimentation, soit de la couche de terre (c'est - à - dire de la couche 5 ou 6), car le couplage capacitif entre la couche d'alimentation et la couche d'interface est bon et le signal est facilement transmissible.
Conception de couches Multi - puissance
Si deux couches d'alimentation d'une même source de tension doivent produire un courant important, la carte doit être divisée en deux groupes de couches d'alimentation et de couches de connexion. Dans ce cas, une couche isolante est placée entre chaque paire de couches de puissance et de connexion. Il en résulte une convergence de puissance de deux paires d'impédances égales, comme on pouvait s'y attendre. Si l'empilement des couches de puissance conduit à des impédances inégales, le shunt sera inégal. La tension transitoire est beaucoup plus élevée et l'EMI augmente fortement.
S'il y a plusieurs tensions d'alimentation sur la carte avec des valeurs différentes, plusieurs couches d'alimentation sont nécessaires en conséquence, rappelez - vous que chaque paire de couches d'alimentation et de couches de connexion est créée pour une alimentation différente. Dans les deux cas, gardez à l'esprit les exigences du fabricant pour une structure équilibrée lors de la détermination de l'emplacement des paires de couches d'alimentation et de connexion sur la carte.
Résumé
Étant donné que la plupart des ingénieurs conçoivent des cartes de circuits imprimés d'une épaisseur de 62 mils sans trous borgnes ou enterrés, la discussion sur la superposition et l'empilement des PCB se limite à cela. Pour les cartes avec de grandes différences d'épaisseur, le schéma de stratification recommandé dans cet article peut ne pas être idéal. De plus, le procédé de délaminage proposé ici n'est pas applicable en raison des différents procédés d'usinage des circuits imprimés à trous borgnes ou enterrés.
