Data PCB - Peran penumpang lapisan papan PCB dalam mengawal radiasi EMI

Artikel ini bermula dari bentangan papan PCB asas dan membincangkan peran dan teknik reka papan PCB lapisan yang mengawal radiasi EMI. Ada banyak cara untuk menyelesaikan masalah EMI. Pemegangan EMI Modern

1. Bar bas kuasaReasonable placement of capacitors with appropriate capacity near the power pins of the IC can make the IC output voltage jump faster. Namun, masalah tidak berakhir di sana. Kerana tindak balas frekuensi terbatas kondensator, ini menghalang mereka daripada menghasilkan kuasa harmonik yang diperlukan untuk memandu output IC secara bersih atas band frekuensi penuh. Selain itu, tekanan sementara yang dikembangkan pada palang bas kuasa akan mencipta titik tekanan di seluruh induktan laluan pemisahan, dan tekanan sementara ini adalah sumber utama gangguan EMI-mod umum. Bagaimana kita boleh menyelesaikan masalah ini? Dalam kes IC di papan kita, pesawat kuasa di sekitar IC boleh dianggap sebagai kondensator frekuensi tinggi yang baik yang mengumpulkan tenaga yang bocor oleh kondensator diskret yang menyediakan tenaga frekuensi tinggi untuk output bersih. Selain itu, induktan lapisan bekalan kuasa yang baik seharusnya kecil, sehingga isyarat sementara yang disintesis oleh induktan juga kecil, dengan itu mengurangi mod umum EMI. Sudah tentu, sambungan dari lapisan bekalan kuasa ke pin bekalan kuasa IC mesti pendek yang mungkin, kerana pinggir naik isyarat digital semakin cepat dan cepat, dan ia secara langsung tersambung ke pad di mana pin bekalan kuasa IC ditemui, yang akan dibahas secara terpisah. Untuk mengawal EMI-mod umum, pesawat kuasa mesti sepasang pesawat kuasa yang dirancang dengan baik untuk memudahkan pemisahan dan mempunyai induksi yang cukup rendah. Seseorang mungkin bertanya, betapa baik? Jawapan kepada soalan bergantung pada lapisan bekalan kuasa, bahan diantara lapisan, dan frekuensi operasi (ie, fungsi masa naik IC). Biasanya, jarak lapisan kuasa ialah 6mil, dan interlayer ialah bahan FR4, kapasitas yang sama per inci kuasa dua lapisan kuasa ialah sekitar 75pF. Jelas, semakin kecil ruang lapisan, semakin besar kapasitasi. Tidak banyak peranti dengan masa naik 100 hingga 300ps, tetapi pada kadar pembangunan ICs semasa, akan ada proporsi tinggi peranti dengan masa naik dalam julat 100 hingga 300ps. Untuk sirkuit dengan masa naik 100 hingga 300ps, ruang lapisan 3mil tidak lagi sesuai untuk kebanyakan aplikasi. Pada masa itu, perlu menggunakan teknik lapisan dengan ruang lapisan kurang dari 1 juta dan menggantikan bahan dielektrik FR4 dengan bahan dengan konstan dielektrik yang sangat tinggi. Sekarang, keramik dan keramik boleh memenuhi keperluan desain 100 hingga 300ps sirkuit masa naik. Walaupun bahan dan kaedah baru mungkin akan diterima di masa depan, untuk hari ini umum 1 hingga 3ns naik sirkuit masa, 3 hingga 6mil lapisan ruang dan bahan dielektrik FR4, ia biasanya cukup untuk mengendalikan harmonik-end tinggi dan menjaga transien cukup rendah untuk itu dikatakan, mod umum EMI boleh sangat rendah. Contoh reka tumpukan lapisan papan PCB yang diberikan dalam artikel ini akan menganggap ruang lapisan 3 hingga 6 mils.2. Perisai elektromagnetik Dari sudut pandangan penghalaan isyarat, strategi lapisan yang baik patut untuk meletakkan semua jejak isyarat pada satu atau beberapa lapisan disebelah pesawat kuasa atau tanah. Untuk kuasa, strategi lapisan yang baik seharusnya ialah lapisan kuasa disebelah lapisan tanah, dan jarak antara lapisan kuasa dan lapisan tanah adalah sebanyak mungkin, yang mana yang kita panggil strategi "lapisan".3. Papan 4 lapisanThere are several potential issues with the 4-layer board design. Pertama-tama, untuk papan empat lapisan tradisional dengan tebal 62 mil, walaupun lapisan isyarat berada di lapisan luar dan kuasa dan lapisan tanah berada di lapisan dalaman, jarak antara lapisan kuasa dan lapisan tanah masih terlalu besar. Jika keperluan kos telah ditetapkan, pertimbangkan dua alternatif berikut kepada papan 4 lapisan tradisional. Kedua-dua penyelesaian boleh meningkatkan prestasi penghalang EMI, tetapi hanya apabila densiti komponen pada papan cukup rendah dan terdapat cukup kawasan disekitar komponen (untuk meletakkan lapisan tembaga bekalan kuasa yang diperlukan). Lapisan luar PCB adalah lapisan tanah, dan dua lapisan tengah adalah lapisan isyarat/kuasa. Sumber kuasa pada lapisan isyarat dijalankan dengan jejak luas, yang menjadikan halangan laluan bekalan kuasa semasa rendah, dan halangan laluan microstrip isyarat juga rendah. Dari perspektif kawalan EMI, ini adalah struktur papan PCB 4 lapisan yang wujud. Dalam skema kedua, lapisan luar mengambil kuasa dan tanah, dan dua lapisan tengah mengambil isyarat. Berbanding dengan papan 4 lapisan tradisional, peningkatan skema ini lebih kecil, dan pengendalian antar lapisan sama miskin dengan papan 4 lapisan tradisional. Jika pengendalian jejak hendak dikawal, skema tumpukan di atas memerlukan pengendalian jejak yang sangat berhati-hati di bawah kekuatan dan pulau tembaga tanah. Selain itu, pulau tembaga di atas pesawat kuasa atau tanah sepatutnya disambung sebaik mungkin untuk memastikan sambungan DC dan frekuensi rendah.4. Papan 6 lapisanIf the component density on a 4-layer board is relatively high, a 6-layer board is used. Namun, beberapa skema tumpukan dalam rancangan papan 6 lapisan tidak cukup baik untuk melindungi medan elektromagnetik, dan mempunyai sedikit kesan untuk mengurangi isyarat sementara bagi palang busbar kuasa. Dua contoh dibahas di bawah. Contohnya, bekalan kuasa dan tanah ditempatkan pada lapisan kedua dan lima. Kerana kekuatan kuasa yang tinggi dari penutup tembaga bekalan tenaga, ia sangat tidak baik untuk mengawal radiasi EMI mod umum. Namun, dari sudut pandang kawalan impedance isyarat, kaedah ini cukup betul. Contoh kedua meletakkan kuasa dan tanah pada lapisan ke-3 dan ke-4, sama ada. Rancangan ini memecahkan masalah penyediaan tenaga tembaga. Kerana prestasi perisai elektromagnetik yang lemah dari lapisan ke-1 dan ke-6, mod perbezaan EMI meningkat. Jika bilangan garis isyarat pada dua lapisan luar rendah dan panjang jejak pendek (s)