PCB 기술 - EMI/EMC 설계 워크숍: 인쇄 회로 기판의 이미지 평면(위)

이미지 평면은 인쇄회로기판(PCB) 내부에 있는 한 층의 구리 도체(또는 기타 도체)입니다.전압 평면이거나 회로 또는 신호 라우팅 레이어에 인접한 0V 참조 평면일 수 있습니다.20세기 90년대에 이미지 평면의 개념이 널리 사용되었고 지금은 업계 표준의 전문 명사이다.이 문서에서는 이미지 평면의 정의, 원리 및 설계를 설명합니다.

이미지 평면 정의

RF 전류는 이전에 정의된 경로 또는 다른 경로를 통해 전류 소스로 반환되어야 합니다.간단히 말해서, 이 반환 경로는 이미지 평면입니다.이미지 평면은 원래 경로설정된 대칭복사 (대칭복사) 또는 근처에 있는 다른 경로, 즉 인터럽트일 수 있습니다.이미지 평면은 전원 평면, 바닥 평면 또는 자유 공간 (자유 공간) 일 수 있습니다.공간).RF 전류는 이전에 정의된 경로의 임피던스보다 작은 임피던스를 가진 전송선에 커패시터 또는 센싱 형태로 결합됩니다.그러나 EMC 표준을 준수하려면 여유 공간을 반환 경로로 사용하지 않아야 합니다.

단일 PCB를 통해 비용을 절감할 수 있지만 이러한 단순한 구조는 EMC 표준에 맞지 않을 수 있습니다.대부분의 2계층 또는 4계층 PCB는 비교적 높은 신호 무결성을 가지고 있으며 EMC 테스트를 통과할 수 있습니다.고밀도(다중 레이어 보드) PCB 스택은 자기 통화량을 제거하는 효과 때문에 각 페어의 이미지 평면에 6dB에서 8dB의 무선 주파수 억제를 제공할 수 있습니다.다중 레이어 보드를 사용할 시기를 결정하는 간단한 규칙이 있습니다. 주파수 속도가 5MHz를 초과하거나 상승 시간이 5ns보다 빠를 경우 다중 레이어 보드를 사용해야 합니다.

감전의 정의

흔적선과 구리 평면은 모두 유한한 수량의 전기 감각을 가지고 있다.전압이 흔적선이나 전송선에 가해지면 이런 전감은 전류의 발생을 저지하기 때문에 두 도선은 불균형한 공모복사로 변하여 자기통량을 줄일수 없다.회로 기판 구조에는 다음과 같은 세 가지 유형의 인덕션이 있습니다.

.부분 감전: 도선이나 PCB 흔적선에 존재하는 감전.

자감: 무한히 긴 단락이 아니라 한 단락의 도선의 전감.

공공 부분 감지: 하나의 감지 부분이 두 번째 감지 부분에 미치는 영향.

전기 감각은 용량과 저항에 비해 측정하기 가장 어렵다.감응은 폐쇄 전류 회로의 동적 특성을 나타낸다.감응은 닫힌 고리를 통과하는 자기통량과 자기통량을 생성하는 전류의 비율이다.수학적 표현식은 Lij=Isla ij/li, Isla 는 자기통량, I 는 회로의 전류입니다.닫힌 루프에서 감지 값은 루프의 형태 및 크기와 관련이 있습니다.PCB를 설계할 때 엔지니어는 항상 흔적선의 전기 감각을 무시한다.감응은 항상 폐쇄 고리와 관계가 있다.폐쇄 고리의 감지 효과는 부분 감지와 흔히 볼 수 있는 부분 감지 효과로 묘사할 수 있다.

부분 감지

도체의 내부 감각은 도체 내부의 자기통량에 의해 발생한다.닫힌 루프의 부분적 인덕션의 합은 각 부분의 부분적 인덕션의 합과 같습니다.각 부분의 Li는 섬 i/Li와 같으며, 섬 i는 i부분에서 루프에 결합된 자기통량을 나타내며, i는 i부분의 전류량이고, Li는 부분의 전감이다.따라서 회로에 따라 일부 감지 값이 달라집니다.우리가 관심을 갖는 것은 일부 전감치이지 흔적선의 총 전감치가 아니다.또한 일부 센싱은 공통 부분 센싱을 내보내는 데 사용될 수 있습니다.

공통 부분 감지

이미지 평면에서 자기 전류를 제거하는 주요 요인은 "공공 부분 인덕션" 입니다. 자기 전류를 제거하면 자기 힘선을 연결하고 무선 주파수 전류의 최적 반환 경로를 찾을 수 있습니다.그 자체의 부분적 감각은 특정 루프 부분의 감각을 가리키며 다른 루프 부분과 무관하다.그림 1은 자체 감전의 일부를 보여줍니다.흔적선 회로의 전류는 I이고 Lp는 흔적선 부분 자체의 일부 전감이다.이 궤적이 제한된 한 끝에서 무한대의 다른 한 끝으로 확장된다고 가정하자.

이론적으로, 그 자체의 일부 전감은 인접 도선과 무관하지만, 사실 거리가 작은 인접 도선은 서로의 일부 전감 값을 변화시킨다.이는 하나의 와이어가 다른 와이어와 상호 작용하여 전체 와이어 길이의 전류 분포가 균일하지 않기 때문입니다.특히 두 와이어 사이의 거리와 반지름의 비율이 5: 1보다 작으면 더욱 명확해집니다.

그림 1: 자체 감지의 일부

두 전선 사이에는 공통된 부분 감전이 있을 것이다.공통 부분 감지 Mp는 평행 경로설정 또는 컨덕터 세그먼트 사이의 간격을 기반으로 합니다."Mp는""첫 번째 컨덕터의 전류에 의해 생성되는 자기 통량 (두 번째 컨덕터를 통해 먼 곳까지)"과 "첫 번째 컨덕터에서 생성되는 전류"의 비율입니다.그림 2는 일반적인 부분 감전을 보여줍니다.그림 3과 같이 해당 회로에 대한 수학적 표현식은 다음과 같습니다.

그림 2: 공통 부분 감지

그림 3: 두 와이어 사이의 공통 부분 감지

이제 그림 3의 회로에서 주파수 신호와 같은 신호를 전송하는 것을 고려하여 공공 부분의 전기 감각이라는 개념이 있습니다.V1은 신호 경로에 있고 V2는 RF 전류 반환 경로에 있습니다.이 두 선이 신호 경로와 반환 경로를 형성하므로 I1 = I, I2 = -I라고 가정합니다.만약 공통된 부분적인 전감이 존재하지 않는다면 두 도선은 서로 결합할수 없고 회로가 정상적으로 작동할수 없으며 페환도 형성되지 않는다.그림 3의 전압 강하는 다음과 같습니다.

위의 공식에서 알 수 있듯이 전압을 낮추려면 전감의 공공부분 (Mp) 을 늘려야 한다.

감전 공용 부분을 늘리는 가장 간단한 방법은 RF가 전류를 반환하는 경로를 가능한 한 신호 흔적선에 가깝게 하는 것이다.가장 좋은 설계 방법은 신호 흔적선 부근에서 무선 주파수를 사용하여 평면으로 돌아가는 것이다.이들 사이의 거리는 가능한 한 실현 가능한 범위 내에서 작아야 한다.

감전의 일부는 항상 컨덕터에 있으며 기본값과 동일합니다.따라서 특정 공명 주파수를 갖는 안테나와 같습니다."공공 부분 감지"는"부분 감지"의 영향을 줄일 수 있습니다.두 컨덕터 사이의 거리를 줄임으로써 개별 부품의 전기 감각을 감소시켜 EMI 호환성 표준의 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

전감 공공부분의 역할을 최대한 발휘하기 위해서는 두 도선의 전류는 크기는 같아야 하지만 방향은 반대여야 한다.이미지 평면 (또는 지선) 이 이렇게 유효할 수 있는 이유입니다.평행한 두 와이어 사이에는 두 와이어의 거리와 길이에 따라 변화하는 일반적인 감지 값이 있습니다 (전선의 기술 사양을 참조).두 평행 컨덕터의 거리와 길이가 가장 길면 공통 부분의 감지 값이 가장 큽니다.

전원 공급 장치 평면과 접지 평면을 구분하기 위해 전매체 재료를 사용하는 경우 "공용 부분 인덕션" 은 어떤 역할을 합니까?이와 마찬가지로 두 평면 사이의 거리가 작으면 공통 부분의 감지 값이 커집니다.이때 전력 평면에서 측정된 RF 신호 전류는 0이어야 합니다.

동일한 크기와 반대 방향의 RF 반환 전류에 의해 상쇄되기 때문입니다.

또한 두 컨덕터 사이의 공통 부분의 감응 값이 줄어들면 이미지 평면의 효과가 감소할 뿐만 아니라 두 평면 사이의 커패시터 값도 증가한다는 점에 유의해야 합니다.