Technologie PCB - Résoudre les problèmes EMI pour les cartes de circuits imprimés multicouches

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 pour sélectionner les composants d'inhibition EMI appropriés et la conception de simulation EMI. Cet article commence par la mise en page la plus basique du PCB et discute du rôle et des techniques de conception de l'empilement de couches de PCB dans le contrôle du rayonnement EMI.

Bus de puissance

Placer raisonnablement un condensateur de capacité appropriée près de la broche d'alimentation de l'IC peut faire changer rapidement le saut de tension de sortie de l'IC. Cependant, le problème ne s'arrête pas là. En raison de leurs caractéristiques de réponse en fréquence limitées, les condensateurs ne peuvent pas produire la puissance harmonique nécessaire pour piloter proprement la sortie IC dans toute la bande de fréquences. De plus, la tension transitoire formée sur le bus d'alimentation va créer une chute de charge sur l'inductance de la voie de découplage. Ces tensions transitoires sont les principales sources d'interférences EMI de mode commun. Comment ces problèmes devraient - ils être résolus?

En ce qui concerne le ci sur la carte, la couche de puissance autour du ci peut être considérée comme un excellent condensateur haute fréquence qui peut collecter une partie de l'énergie des fuites de condensateurs discrets, fournissant de l'énergie haute fréquence pour une sortie propre. De plus, l'inductance de la bonne couche de puissance doit être plus faible, et donc le signal transitoire synthétisé par l'inductance, ce qui diminue le mode commun EMI.

Bien entendu, la connexion entre la couche d'alimentation et la broche d'alimentation IC doit être la plus courte possible, car le front montant du signal numérique est de plus en plus rapide et il est préférable de la connecter directement au Plot sur lequel se trouve la broche d'alimentation IC. Cela doit être discuté séparément.

Pour contrôler le mode commun EMI, le plan de puissance doit faciliter le découplage et présenter une inductance suffisamment faible. Ce plan de puissance doit être une paire de plans de puissance bien conçus. Quelqu'un pourrait demander, à quel point c'est bon d'être 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 compris entre 100 et 300 PS, mais selon les vitesses actuelles de développement des circuits intégrés, les dispositifs avec un temps de montée compris entre 100 et 300 PS occuperont une proportion élevée. 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 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 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 rendre le signal transitoire suffisamment faible, c'est - à - dire que le mode commun EMI peut être abaissé très bas. L'exemple de conception d'empilement de couches de PCB donné dans cet article suppose un espacement des couches de 3 à 6 mils.

Blindage électromagnétique

Du point de vue des traces de signal, une bonne stratégie de superposition devrait être de placer toutes les traces de signal 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 et la couche de terre soient adjacentes et que la distance entre la couche d'alimentation et la couche de sol soit aussi petite que possible. C’est ce que nous appelons une stratégie de « stratification ».

Empilement de PCB

Quelles stratégies d'empilement aident à masquer et à supprimer l'EMI? Le schéma d'empilement hiérarchique suivant suppose que le courant d'alimentation 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.