PCB Tecnico - Risolvere il problema EMI dei circuiti stampati multistrato

Esistono molti modi per risolvere i problemi dell'IME. I moderni metodi di soppressione EMI includono: l'utilizzo di rivestimenti di soppressione EMI per selezionare le parti di soppressione EMI appropriate e la progettazione di simulazione EMI. Partendo dal layout PCB più basilare, questo articolo discute il ruolo e le tecniche di progettazione dell'impilamento stratificato PCB nel controllo della radiazione EMI.

bus di potenza

Posizionare ragionevolmente un condensatore di capacità appropriata vicino al pin di alimentazione del IC può rendere il salto di tensione di uscita IC più veloce. Tuttavia, il problema non finisce qui. A causa delle limitate caratteristiche di risposta in frequenza dei condensatori, i condensatori non possono generare la potenza armonica necessaria per guidare l'uscita IC in modo pulito nell'intera banda di frequenza. Inoltre, la tensione transitoria formata sulla barra del bus di alimentazione formerà una caduta di tensione attraverso l'induttore del percorso di disaccoppiamento. Queste tensioni transitorie sono le principali fonti di interferenza EMI in modalità comune. Come risolvere questi problemi?

Per quanto riguarda il IC sul circuito stampato, lo strato di potenza intorno al IC può essere considerato come un eccellente condensatore ad alta frequenza, che può raccogliere la parte dell'energia trapelata dal condensatore discreto che fornisce energia ad alta frequenza per un'uscita pulita. Inoltre, l'induttanza di un buon livello di potenza dovrebbe essere piccola, quindi anche il segnale transitorio sintetizzato dall'induttanza è piccolo, riducendo così l'EMI di modalità comune.

Naturalmente, la connessione tra lo strato di alimentazione e il pin di alimentazione IC deve essere il più breve possibile, perché il bordo ascendente del segnale digitale sta diventando sempre più veloce ed è meglio collegarlo direttamente al pad in cui si trova il pin di alimentazione IC. La questione va discussa separatamente.

Per controllare l'EMI in modalità comune, il piano di potenza deve aiutare il disaccoppiamento e avere un'induttanza sufficientemente bassa. Questo piano di potenza deve essere una coppia di piani di potenza ben progettati. Qualcuno potrebbe chiedere, quanto bene è buono? La risposta alla domanda dipende dalla stratificazione dell'alimentazione elettrica, dal materiale tra gli strati e dalla frequenza di funzionamento (cioè, una funzione del tempo di salita IC). Generalmente, la spaziatura dello strato di potere è 6mil e l'intercalare è materiale FR4, la capacità equivalente dello strato di potere per pollice quadrato è di circa 75pF. Ovviamente, più piccola è la spaziatura dello strato, maggiore è la capacità.

Non ci sono molti dispositivi con un tempo di salita da 100 a 300 ps, ma secondo l'attuale velocità di sviluppo IC, i dispositivi con un tempo di salita nell'intervallo da 100 a 300 ps occuperanno una proporzione elevata. Per circuiti con un tempo di salita da 100 a 300ps, la spaziatura dello strato da 3mil non sarà più adatta per la maggior parte delle applicazioni. A quel tempo, era necessario utilizzare la tecnologia di stratificazione con una distanza di strato inferiore a 1 mil e sostituire i materiali dielettrici FR4 con materiali con alte costanti dielettriche. Ora, la ceramica e la plastica ceramica possono soddisfare i requisiti di progettazione dei circuiti a tempo di salita da 100 a 300 ps.

Sebbene nuovi materiali e nuovi metodi possano essere utilizzati in futuro, per i circuiti di aumento comuni da 1 a 3ns di oggi, la spaziatura tra strati da 3 a 6mil e i materiali dielettrici FR4, di solito è sufficiente gestire armoniche di fascia alta e rendere il segnale transitorio abbastanza basso, vale a dire, l'EMI in modalità comune può essere ridotto molto basso. Gli esempi di progettazione di impilamento stratificato PCB forniti in questo articolo assumeranno una spaziatura dello strato da 3 a 6 mil.

Schermatura elettromagnetica

Dal punto di vista delle tracce di segnale, una buona strategia di stratificazione dovrebbe essere quella di mettere tutte le tracce di segnale su uno o più strati, questi strati sono accanto allo strato di potenza o allo strato di terra. Per l'alimentazione elettrica, una buona strategia di stratificazione dovrebbe essere che lo strato di potenza e lo strato di terra siano adiacenti e la distanza tra lo strato di potenza e lo strato di terra sia il più piccola possibile. Questa è quella che chiamiamo strategia di "stratificazione".

Impilazione PCB

Che tipo di strategia di stacking aiuta a proteggere e sopprimere EMI? Il seguente schema di impilamento stratificato presuppone che la corrente di alimentazione fluisca su un unico strato e che la tensione singola o più siano distribuite in parti diverse dello stesso strato. Il caso di più livelli di potenza sarà discusso più avanti.