Teknologi PCBA - Solution EMI for Multilayer PCB Design

Ada banyak cara untuk menyelesaikan masalah EMI. Kaedah penindasan EMI modern termasuk: menggunakan penutup penindasan EMI, memilih bahagian cadangan penindasan EMI yang sesuai, rancangan simulasi EMI, dll. bermula dari papan kain asas PCB, kertas ini membincangkan peran penindasan PCB dalam teknik kawalan radiasi EMI dan rancangan.

bas kuasa PCB

Letakkan kapasitas yang masuk akal dekat pin IC boleh membuat tekanan output IC melompat lebih cepat. Namun, ini bukan akhir masalah. Kerana balas frekuensi terhad kondensator, tidak mungkin bagi kondensator untuk menghasilkan kuasa harmonik yang diperlukan untuk memandu output IC dengan bersih dalam band frekuensi penuh. Selain itu, tekanan sementara yang terbentuk pada kumpulan kuasa mencipta titik tekanan pada kedua-dua hujung induktor dalam laluan penyahpautan, yang merupakan sumber gangguan EMI mod umum utama. Bagaimana kita nak selesaikan masalah ini?

Ada banyak cara untuk menyelesaikan masalah EMI. Kaedah penindasan EMI modern termasuk: menggunakan penutup penindasan EMI, memilih bahagian cadangan penindasan EMI yang sesuai, rancangan simulasi EMI, dll. bermula dari papan kain asas PCB, kertas ini membincangkan peran penindasan PCB dalam teknik kawalan radiasi EMI dan rancangan.

bas kuasa

Letakkan kapasitas yang masuk akal dekat pin IC boleh membuat tekanan output IC melompat lebih cepat. Namun, ini bukan akhir masalah. Kerana balas frekuensi terhad kondensator, tidak mungkin bagi kondensator untuk menghasilkan kuasa harmonik yang diperlukan untuk memandu output IC dengan bersih dalam band frekuensi penuh. Selain itu, tekanan sementara yang terbentuk pada kumpulan kuasa mencipta titik tekanan pada kedua-dua hujung induktor dalam laluan penyahpautan, yang merupakan sumber gangguan EMI mod umum utama. Bagaimana kita nak selesaikan masalah ini?

Untuk IC pada papan sirkuit cetak kita, lapisan kuasa sekitar IC boleh dilihat sebagai kondensator frekuensi tinggi yang baik, yang boleh mengumpulkan bahagian tenaga yang bocor dari kondensator diskret yang menyediakan tenaga frekuensi tinggi untuk output bersih. Selain itu, induktan lapisan kuasa yang baik lebih kecil, sehingga isyarat sementara yang disintesis oleh induktan lebih kecil, yang mengurangkan mod umum EMI.

Sudah tentu, sambungan antara lapisan kuasa PCB dan pin kuasa IC mesti pendek yang mungkin, kerana isyarat digital meningkat lebih cepat dan lebih cepat, lebih baik secara langsung ke pad di mana pin kuasa IC ditemui, yang dibahas secara terpisah.

Untuk mengawal mod umum EMI, lapisan kuasa mesti sepasang lapisan kuasa yang direka dengan baik untuk membantu menyambung dan mempunyai induksi yang cukup rendah. Seseorang mungkin bertanya, betapa baik itu? Jawapan soalan bergantung pada lapisan bekalan kuasa, bahan diantara lapisan, dan frekuensi operasi (iaitu, fungsi masa naik IC). Biasanya, ruang antara lapisan kuasa adalah 6 juta, dan sandwich adalah bahan FR4. Kapensiensi yang sama bagi lapisan kuasa per inci kuasa dua adalah sekitar 75pF. Jelas, semakin kecil ruang lapisan, semakin besar kapasitasi.

Tidak banyak peranti dengan masa naik antara 100 dan 300 ps, tetapi menurut kelajuan pembangunan semasa IC, peranti dengan masa naik antara 100 dan 300 PS akan menguasai nisbah yang tinggi. Untuk sirkuit dengan masa naik 100 hingga 300 PS, jarak lapisan 3mil tidak lagi berlaku 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 tinggi. Sekarang, plastik keramik dan keramik boleh memenuhi keperluan desain dari 100 hingga 300 PS sirkuit masa naik.

Walaupun bahan baru dan kaedah baru mungkin diperkenalkan pada masa depan, mod umum EMI boleh sangat rendah untuk sirkuit-masa naik umum hari ini 1 hingga 3 ns, 3 hingga 6 juta ruang lapisan, dan bahan-bahan dielektrik FR4, yang biasanya cukup untuk mengendalikan harmonik-end tinggi dan menjaga isyarat sementara cukup rendah. Contoh reka tumpuan PCB yang diberikan dalam kertas ini menganggap ruang lapisan 3 hingga 6 juta.

Perisai Elektromagnetik PCB

Dari sudut penghalaan isyarat, strategi lapisan yang baik sepatutnya meletakkan semua penghalaan isyarat pada satu atau beberapa lapisan, yang berada di sebelah kuasa atau lapisan tanah. Untuk bekalan kuasa, strategi lapisan yang baik sepatutnya ialah lapisan kuasa disebelah lapisan tanah dan jarak antara lapisan kuasa dan lapisan tanah adalah sebanyak mungkin. Inilah yang kita sebut strategi "lapisan".

Pemasangan PCB

Strategi pengumpulan apa yang boleh membantu melindungi dan menekan EMI? Skema tumpuan lapisan berikut menganggap bahawa arus kuasa mengalir pada lapisan tunggal dan bahawa tekanan tunggal atau tekanan berbilang didistribusikan pada bahagian berbeza lapisan yang sama. Kasus pelbagai lapisan kuasa akan dibahas nanti.

Papan PCB 4 lapisan

Ada beberapa masalah potensi dengan rancangan 4 lapisan. Pertama, jarak antara lapisan kuasa dan lapisan mendarat terlalu besar walaupun lapisan isyarat berada di luar dan lapisan kuasa dan mendarat berada di dalam.

Jika keperluan kos adalah pertama, pertimbangkan dua alternatif berikut kepada plat 4 lapisan konvensional. Kedua-dua boleh meningkatkan prestasi penghalang EMI, tetapi hanya apabila ketepatan unsur di papan cukup rendah dan terdapat cukup kawasan di sekitar unsur untuk meletakkan bekalan tenaga tertutup tembaga yang diperlukan.

Pertama adalah skema yang disukai, di mana lapisan luar PCB adalah stratum dan lapisan tengah adalah lapisan isyarat/kuasa. Sumber kuasa pada lapisan isyarat dihantar oleh garis lebar, yang membuat halangan laluan semasa kuasa rendah dan halangan laluan mikrostrip isyarat rendah. Dari perspektif kawalan EMI, ini adalah struktur PCB empat lapisan terbaik yang tersedia. Skema kedua menggunakan lapisan luar dan lapisan tengah untuk berjalan isyarat. Berbanding dengan plat 4 lapisan tradisional, peningkatan lebih kecil, dan impedance antar lapisan sama miskin dengan plat 4 lapisan tradisional.

Jika penghalang garis hendak dikawal, skema tumpukan di atas meletakkan garis di bawah bekalan kuasa dan pulau tembaga tanah. Selain itu, pulau tembaga pada bekalan kuasa atau stratum seharusnya disambung sebaik mungkin untuk memastikan sambungan DC dan frekuensi rendah.

Papan PCB 6lapisan

Jika densiti komponen pada panel 4 lapisan tinggi, lebih baik menggunakan panel 6 lapisan. Namun, sebahagian daripada skema tumpukan dalam rancangan panel 6 lapisan tidak melindungi medan elektromagnetik dengan cukup baik dan mempunyai sedikit kesan pada pengurangan isyarat sementara bas kuasa. Dua contoh dibahas di bawah.

Contoh pertama meletakkan bekalan kuasa dan tanah pada lapisan 2 dan 5, yang sangat merugikan kawalan radiasi EMI mod umum disebabkan impedance tertinggi meliputi tembaga bekalan kuasa. Namun, dari sudut pandangan kawalan penghalang isyarat, kaedah ini sangat betul.

Dalam contoh kedua, bekalan kuasa dan tanah ditempatkan pada lapisan 3 dan 4 respectively. Rancangan ini memecahkan masalah pengendalian bekalan tenaga. Kerana prestasi perisai elektromagnetik yang lemah dari lapisan 1 dan 6, mod perbezaan EMI meningkat. Jika bilangan garis isyarat pada dua lapisan luar minimum, panjang garis sangat pendek (kurang dari 1/20 panjang gelombang harmonik maksimum isyarat). Rancangan ini memecahkan masalah EMI mod perbezaan. Penapis tembaga pada kawasan luar bukan-komponen dan kawasan bukan-wayar dan mendarat pada kawasan copper-clad (setiap selang panjang gelombang ke-20) menekan mod perbezaan EMI secara khusus baik. Seperti yang disebutkan tadi, kawasan pembatalan tembaga patut berkaitan dengan lapisan pendaratan dalaman berbilang titik.

Rancangan prestasi tinggi universal 6 lapisan biasanya meletakkan lapisan 1 dan 6 ke dalam lapisan dan lapisan 3 dan 4 berkuasa dan mendarat. Pemegangan EMI adalah baik kerana terdapat dua lapisan garis isyarat dua-mikrostrip ditengah antara lapisan kuasa dan strata bersebelahan. Kembali rancangan ini ialah hanya ada dua lapisan dalam lapisan garis. Seperti yang telah diterangkan sebelumnya, jika lapisan luar pendek dan tembaga dilantai di kawasan tanpa wayar, 6 tradisional digunakan. Lapisan juga boleh mencapai tumpuan yang sama.

Bentangan 6 lapisan lain ialah isyarat, tanah, isyarat, kuasa, tanah, isyarat, yang membenarkan persekitaran yang diperlukan untuk reka integriti isyarat maju. Lapisan isyarat disebelah lapisan tanah, dan lapisan kuasa dan lapisan antaramuka dipasang. Jelas, kelemahan ialah penumpang lapisan tidak seimbang.

Ini biasanya menyebabkan masalah dalam pemprosesan dan penghasilan. Solusi adalah untuk mengisi semua kawasan kosong dalam lapisan ketiga dengan tembaga, yang boleh dianggap secara longgar sebagai papan sirkuit yang seimbang secara struktur jika densiti tembaga lapisan ketiga dekat dengan kuasa atau lapisan tanah. Kawasan penuh tembaga mesti disambung sama ada dengan bekalan kuasa atau dengan tanah. Jarak antara lubang yang menyambung masih 1/20 panjang gelombang dan tidak sentiasa disambung di mana-mana. Sambung, tapi secara ideal sambung.

Papan 10lapisanPCB

Kerana lapisan isolasi diantara lapisan berbilang sangat tipis, impedance diantara 10 atau 12 lapisan papan sirkuit dan lapisan sangat rendah, dan selama lapisan dan tumpukan tidak cacat, integriti isyarat yang baik dijangka sepenuhnya. Lebih sukar untuk memproses 12 lapisan dengan tebal 62mil dan kurang penghasil mampu memproses 12 lapisan.

Kerana sentiasa ada lapisan yang mengisolasi antara lapisan isyarat dan lapisan loop, ia tidak optimal untuk ditugaskan enam lapisan di tengah-tengah desain 10 lapisan untuk berjalan garis isyarat. Selain itu, penting untuk mempunyai lapisan isyarat bersebelahan dengan lapisan loop, iaitu, bentangan papan adalah isyarat, tanah, isyarat, isyarat, tanah, isyarat.

Rancangan ini menyediakan laluan yang baik untuk semasa isyarat dan semasa loopnya. Strategi wayar yang sesuai adalah bahawa lapisan pertama mengikut arah X, lapisan ketiga mengikut arah Y, lapisan keempat mengikut arah X, dan sebagainya. Secara visual, lapisan 1 dan 3 adalah pasangan lapisan, lapisan 4 dan 7 adalah pasangan lapisan, lapisan 8 dan 10 adalah pasangan terakhir lapisan. Bila anda perlu ubah arah garis, garis isyarat pada lapisan pertama patut ubah arah selepas lapisan ketiga dengan "melewati lubang". Sebenarnya, ini mungkin tidak sentiasa mungkin, tetapi ia perlu diikuti sebanyak mungkin sebagai konsep desain.

Sama seperti, apabila arah isyarat berubah, isyarat patut dijalurkan dari Lapisan 8 dan Lapisan 10 atau Lapisan 4 ke Lapisan 7 melalui lubang. Kawalan ini memastikan sambungan antara laluan depan isyarat dan gelung adalah ketat. Contohnya, jika isyarat berada di Lapisan 1 dan loop berada di Lapisan 2 dan hanya di Lapisan 2, maka isyarat pada Lapisan 1 walaupun dengan "lubang" "Berbalik ke Lapisan 3, sirkuit masih berada di Lapisan 2, yang mengekalkan ciri-ciri induksi rendah, kapasitasi besar dan prestasi perisai elektromagnetik yang baik.

Bagaimana jika ini bukan kes? Contohnya, garis isyarat pada lapisan pertama melewati lubang ke lapisan ke-10, kemudian isyarat loop perlu mencari pesawat tanah dari lapisan ke-9, dan semasa loop perlu mencari tanah terdekat melalui lubang (seperti pin tanah untuk komponen seperti resistensi atau kapasitasi) Jika lubang tersebut berlaku di dekat, ia benar-benar bertuah. Jika tidak ada lubang dekat tersedia, induktan akan meningkat, kapasitas akan menurun dan EMI akan meningkat.

Bila garis isyarat mesti tinggalkan pasangan lapisan semasa ke lapisan lain melalui lubang, lubang bawah mesti ditempatkan dekat dengan lubang supaya isyarat loop boleh dikembalikan dengan lancar ke lapisan sambungan yang sesuai. Untuk lapisan 4 dan 7, gelung isyarat akan berasal dari lapisan kuasa atau pendaratan (iaitu lapisan 5 atau lapisan 6) Kembali kerana sambungan kapasitif antara lapisan kuasa dan lapisan antaramuka adalah baik, isyarat mudah dihantar.

Rancangan Lapisan Kuasa Berbilang

Jika dua lapisan kuasa sumber tegangan yang sama perlu keluarkan arus besar, papan sirkuit patut ditetapkan dalam dua set lapisan kuasa dan lapisan sambungan. Dalam kes ini, lapisan yang mengisolasi ditempatkan diantara setiap pasangan lapisan kuasa dan lapisan sambungan. Ini menghasilkan dua pasangan kekacauan kuasa dengan impedance yang sama seperti yang kita harapkan. Jika tumpukan lapisan kuasa menyebabkan kekurangan yang tidak sama, penutupan akan tidak sama. Tengah sementara jauh lebih besar dan EMI meningkat secara dramatis.

Jika terdapat tenaga bekalan kuasa berbilang dengan nilai berbeza pada papan sirkuit, lapisan kuasa berbilang diperlukan sesuai dengan itu, ingat bahawa setiap pasangan lapisan kuasa dan lapisan sambungan dicipta untuk sumber kuasa berbeza. Dalam kedua-dua kes, apabila menentukan kedudukan lapisan kuasa berpasangan dan lapisan sambungan pada papan sirkuit, ingat keperluan pembuat untuk struktur yang seimbang.

ringkasan

Kerana kebanyakan jurutera merancang papan sirkuit dicetak yang tebal 62mil dan tanpa lubang buta atau lubang terkubur, perbincangan tentang lapisan dan tumpukan PCB terhadap ini. Skema lapisan yang disarankan dalam kertas ini mungkin tidak ideal untuk papan sirkuit dengan perbezaan tebal besar. Selain itu, kaedah lapisan yang ditetapkan dalam kertas ini tidak berlaku kerana proses pemprosesan berbeza papan sirkuit cetak dengan lubang buta atau lubang terkubur.