Teknik PCB - EMI/EMC Design Lecture: The Image Plane of Printed Circuit Board (Part 1)

Lapisan imej adalah lapisan konduktor tembaga (atau konduktor lain) yang ditempatkan di dalam papan sirkuit cetak (PCB). Ia mungkin pesawat tegangan, atau pesawat rujukan 0V bersebelahan dengan litar atau lapisan penghalaan isyarat. Pada tahun 1990-an, konsep pesawat imej telah digunakan secara luas, dan kini ia adalah istilah yang tepat untuk standar industri. Artikel ini akan menjelaskan definisi, prinsip dan desain pesawat imej.

Takrifan aras imej

Semasa RF mesti kembali ke sumber semasa melalui laluan yang terdefinisikan sebelumnya atau laluan lain; dalam pendek, laluan kembalian ini adalah jenis pesawat imej. Pesawat imej mungkin imej cermin kawat asal (imej cermin), atau laluan lain yang ditemui dekat----iaitu, salib bercakap; pesawat imej mungkin pesawat kuasa, pesawat tanah, atau ruang bebas (ruang bebas). ruang). Semasa RF akan disambung dengan mana-mana garis penghantaran dalam bentuk kapasitasi atau induktansi, selama impedance garis penghantaran ini lebih kecil daripada impedance laluan yang ditakrif sebelumnya. Bagaimanapun, untuk mematuhi piawai EMC, ruang bebas mesti dihindari sebagai laluan kembali.

Walaupun PCB satu sisi boleh mengurangkan kos, struktur sederhana ini mungkin tidak memenuhi standar EMC. Kebanyakan PCB 2 lapisan atau 4 lapisan mempunyai integriti isyarat relatif tinggi dan boleh lulus ujian EMC. Stack PCB dengan densiti tinggi (papan berbilang lapisan) boleh menyediakan penghalangan frekuensi radio 6dB hingga 8dB untuk setiap pasangan pesawat imej, yang disebabkan kesan menghapuskan aliran magnetik. Terdapat peraturan sederhana yang boleh digunakan untuk menentukan bila menggunakan papan pelbagai lapisan: Apabila kadar frekuensi melebihi 5MHz, atau masa naik lebih cepat dari 5 ns, papan pelbagai lapisan mesti digunakan.

Definisi induktif

Kedua jejak dan pesawat tembaga mempunyai jumlah terbatas induksi. Apabila tekanan diterapkan pada jejak atau garis transmisi, induktan ini akan melarang generasi semasa, jadi dua wayar menjadi radiasi mod biasa yang tidak seimbang, dan aliran magnetik tidak boleh dikurangkan. Dalam struktur papan sirkuit, terdapat tiga jenis induksi yang berbeza:

.Partial inductance: inductance yang wujud dalam jejak wayar atau PCB.

.Self inductance: inductance dari seksyen wayar, sebaliknya dengan seksyen yang tidak terbatas panjang.

.Induktan sebahagian umum: kesan satu seksyen induktan pada seksyen induktan kedua.

Berbanding dengan kapasitasi dan resistensi, induktansi adalah yang paling sukar diukur. Indukti mewakili ciri-ciri dinamik loop semasa ditutup. Induktensi adalah nisbah aliran magnetik yang melalui gelung tertutup dan arus yang menghasilkan aliran magnetik. Ungkapan matematiknya ialah: Lij=Ψij/li, Ψ ialah aliran magnetik, dan saya ialah aliran dalam loop. Dalam loop tertutup, nilai induktan berkaitan dengan bentuk dan saiz loop. Apabila merancang PCB, jurutera sering mengabaikan induktan jejak. Induktan sentiasa berkaitan dengan loop tertutup. Kesan induktan loop tertutup boleh dijelaskan oleh induktan sebahagian dan kesan induktan sebahagian biasa.

Induktan sebahagian

Induktan dalaman konduktor, yang dihasilkan oleh aliran magnetik di dalam konduktor. Jumlah inductans sebahagian loop tertutup sama dengan jumlah inductans sebahagian setiap seksyen, iaitu,. Dan Li dari setiap seksyen sama dengan Ψi / li, Ψi mewakili aliran magnetik yang dipasang dengan loop di seksyen i-th, I adalah jumlah arus di seksyen i-th, dan Li adalah inductans sebahagian. Oleh itu, sirkuit berbeza akan mempunyai nilai berbeza induktan sebahagian. Kami bimbang tentang nilai induksi sebahagian, bukan nilai induksi keseluruhan jejak. Selain itu, induksi sebahagian boleh digunakan untuk mendapatkan induksi sebahagian biasa.

Induktan sebahagian umum

Faktor utama yang membenarkan pesawat imej untuk menghapuskan aliran magnetik adalah dari "induktansi sebahagian umum." Selepas aliran magnetik dihapus, garis kuasa magnetik boleh disambung dan laluan kembali terbaik untuk arus frekuensi radio boleh ditemui. Sebahagian induktan dirinya merujuk kepada induktan bagi seksyen loop tertentu, dan tidak ada hubungannya dengan seksyen loop lain. Figure 1 menunjukkan inductans sebahagian sendiri. Semasa dalam gelung jejak adalah I, dan Lp adalah sebahagian induktan bagi bahagian jejak. Anggap jejak ini berlanjut dari satu hujung terbatas ke hujung yang lain.

Secara teori, walaupun sebahagian daripada induksi sendiri tidak ada hubungannya dengan wayar bersebelahan, sebenarnya, wayar bersebelahan dengan jarak kecil akan mengubah nilai induksi sebahagian satu sama lain. Ini kerana satu wayar akan berinteraksi dengan wayar lain, supaya distribusi semasa seluruh panjang wayar tidak lagi seragam. Terutama apabila nisbah jarak antara dua wayar kepada radius kurang dari 5:1, situasi ini akan lebih jelas.

Figure 1: Sebahagian dari induktannya sendiri

Antara dua wayar, akan ada inductans sebahagian umum. Induktansi sebahagian umum Mp berdasarkan laluan selari, atau jarak (jarak) antara seksyen wayar. Mp adalah nisbah "aliran magnetik yang dijana oleh semasa dalam wayar pertama (ke tempat jauh melalui wayar kedua)" dan "semasa yang dijana oleh wayar pertama". Figure 2 menunjukkan inductans sebahagian umum. Sirkuit yang sama dipaparkan dalam Gambar 3, dan ungkapan matematik sirkuit ini adalah sebagai berikut:

Figur 2: Induktan sebahagian umum

Figure 3: Induktan sebahagian umum diantara dua wayar

Sekarang dengan konsep induksi sebahagian umum, pertimbangkan menghantar isyarat pada litar Figur 3, seperti isyarat frekuensi. V1 pada laluan isyarat, dan V2 pada laluan kembalian semasa RF. Anggap dua wayar ini membentuk laluan isyarat dan laluan kembalinya, jadi I1 = I dan I2 = -I. Jika ia tidak kerana wujud inductan sebahagian umum, dua wayar tidak akan dapat berkawan satu sama lain, sirkuit tidak akan berfungsi secara biasa, dan tidak akan membentuk loop tertutup. Jatuhan tekanan dalam Figur 3 akan menjadi:

Ia boleh diketahui dari formula di atas bahawa jika titik tegangan hendak dikurangi, bahagian umum induktan (Mp) mesti ditambah.

Cara paling mudah untuk meningkatkan bahagian umum induktan adalah membuat laluan RF mengembalikan semasa mungkin kepada jejak isyarat. Kaedah reka terbaik adalah untuk menggunakan pesawat kembali frekuensi radio dekat jejak isyarat. Jarak antara mereka sepatutnya sebanyak mungkin dalam julat yang boleh dicapai.

Bahagian induktan sentiasa wujud dalam wayar, ia sama dengan nilai lalai. Oleh itu, ia sama dengan antena dengan frekuensi resonan tertentu. "Induktan sebahagian biasa" boleh mengurangkan kesan "Induktan sebahagian". Dengan mengurangi jarak antara dua wayar, induktan bahagian individu boleh dikurangkan, yang boleh memenuhi keperluan standar kompatibilitas EMI.

Untuk maksimumkan kesan bahagian umum induktan, arus dalam dua wayar mesti sama dalam ukuran, tetapi dalam arah bertentangan. Inilah sebabnya pesawat imej (atau wayar tanah) boleh begitu berkesan. Antara dua wayar selari, terdapat beberapa indutan umum, dan nilai indutan ini akan berbeza dengan jarak dan panjang dua wayar (rujuk kepada spesifikasi teknikal wayar). Apabila jarak dan panjang dua wayar selari adalah yang paling kecil, nilai induksi bahagian umum mereka akan menjadi yang terbesar.

Jika bahan dielektrik digunakan untuk memisahkan pesawat kuasa dan tanah, peran apa yang akan bermain "induktan sebahagian biasa" pada masa ini? Sama seperti, selama jarak antara dua pesawat kecil, nilai induktan bahagian umum akan besar. Pada masa ini, arus isyarat RF diukur pada pesawat kuasa seharusnya sifar.

Kerana ia ofset oleh arus kembalian RF saiz yang sama dan arah bertentangan.

Selain itu, perlu dicatat bahawa jika nilai induktan bahagian umum antara dua wayar dikurangkan, tidak hanya kesan lapisan imej akan dikurangkan, tetapi nilai kapasitas antara dua lapisan akan meningkat.