Technologie PCB - Analyse hiérarchique de carte de circuit imprimé PCB

Il existe de nombreuses façons de résoudre les problèmes EMI. Les méthodes modernes d'inhibition EMI comprennent: l'utilisation d'un revêtement inhibiteur EMI, la sélection de composants inhibiteurs EMI appropriés et la conception de la simulation EMI. Commencez par la disposition la plus basique de la carte de circuit imprimé PCB et discutez du rôle de l'empilement de couches de PCB dans le contrôle du rayonnement EMI et des techniques de conception.

Bus de puissance

Placer correctement un condensateur de capacité appropriée près de la broche d'alimentation de l'IC peut faire sauter la tension de sortie de l'IC plus rapidement. Cependant, le problème ne s'arrête pas là. En raison de la réponse en fréquence limitée du condensateur, le condensateur ne peut pas produire la puissance harmonique nécessaire pour nettoyer la sortie IC Drive dans la pleine bande de fréquence. Par ailleurs, les tensions transitoires formées sur le bus d'alimentation vont former des chutes de tension aux bornes de l'inductance de la voie de découplage, ces tensions transitoires étant les principales sources d'interférences EMI de mode commun. Comment devrions - nous résoudre ces problèmes?

En ce qui concerne l'IC sur notre carte, la couche d'alimentation autour de l'IC 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 d'une bonne couche d'alimentation doit être faible, de sorte que le signal transitoire synthétisé par l'inductance est également faible, ce qui réduit 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 d'alimentation doit faciliter le découplage et présenter une inductance suffisamment faible. Cette carte d'alimentation doit être une paire de cartes d'alimentation bien conçues. 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 des temps de montée compris entre 100 et 300 PS, mais selon les vitesses actuelles de développement des circuits intégrés, les dispositifs avec des 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 réduit à très faible. L'exemple de conception d'empilement stratifié de carte de circuit imprimé PCB donné dans cet article supposera 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 consister à placer toutes les traces de signal sur une ou plusieurs couches immédiatement adjacentes à la couche d'alimentation ou à la couche de mise à la terre. Pour l'alimentation, une bonne stratégie de superposition 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 terre soit aussi petite que possible. C’est ce que nous appelons une stratégie de « stratification ».

Empilement de carte de circuit imprimé 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.

4 couches de panneaux

4 Il y a plusieurs problèmes potentiels avec la conception du panneau en couches. Tout d'abord, un panneau traditionnel à quatre couches a une épaisseur de 62 mils, même si la couche de signal est à l'extérieur et la couche d'alimentation et de mise à la terre à l'intérieur, la distance entre la couche d'alimentation et la couche de mise à la terre est encore trop grande.

Si les exigences de coût viennent en premier, vous pouvez envisager les deux alternatives traditionnelles à 4 couches suivantes. Ces deux solutions permettent d'améliorer les performances de l'inhibition EMI, mais elles ne conviennent que pour des applications où la densité des éléments sur la carte est suffisamment faible et la surface autour des éléments est suffisante (pour placer la couche de cuivre d'alimentation requise).

La première est la solution préférée. La couche externe de la carte de circuit imprimé PCB est la couche de terre et les deux couches intermédiaires sont la couche de signal / alimentation. L'alimentation sur la couche de signal utilise un câblage de ligne large, ce qui peut rendre l'impédance du chemin du courant d'alimentation faible, ainsi que l'impédance du chemin microruban du signal. Du point de vue du contrôle EMI, c'est la meilleure structure de PCB à 4 couches actuellement disponible. Dans la seconde solution, la couche externe utilise l'alimentation et le fil de terre, et les deux couches intermédiaires utilisent le signal. L'amélioration est moins importante 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 des traces, le schéma d'empilement ci - dessus doit être très prudent en plaçant les traces sous une source d'alimentation et un îlot de cuivre mis à la terre. En outre, les îlots de cuivre sur la source d'alimentation ou la couche de mise à la terre doivent être interconnectés autant que possible pour assurer les connexions DC et basse fréquence.