PCB Блог - Роль иерархии панелей PCB в радиационном контроле EMI

Thяs article starts from basic PCB board схема обсуждалась также роль и методика проектирования пакетов PCB в радиационном контроле EMI. There are many ways to solve the EMI problem. подавление современных электромагнитных помех, the selection of appropriate EMI suppression spare parts and EMI simulation design.

1. Power busbar
Reasonable placement of capacitors with appropriate capacity near the власть pins of the IC can make the IC output voltage jump faster. Однако, the problem does not end there. ограниченная частотная характеристика конденсатора, this prevents them from generating the harmonic power needed to cleanly drive the IC's output over the full frequency band. Кроме того, the transient voltages developed on the power busbars will create a voltage drop across the inductance of the decoupling path, Эти переходные напряжения являются основным источником помех EMI. как мы должны решать эти проблемы? In the case of an IC on our board, уровень электропитания вокруг IC можно рассматривать как хороший высокочастотный конденсатор, который может собрать энергию рассеянного конденсатора, чтобы обеспечить высокочастотный выход. Кроме того, the inductance of a good power supply layer should be small, поэтому и переходные сигналы, Синтезированные индуктивностью, тоже малые, понизить таким образом симулятор EMI. Of course, подключение к элементу питания IC должно быть как можно короче, because the rising edge of the digital сигнал is getting faster and faster, Он соединен непосредственно на паяльной диске, где находится зажим электропитания IC, which will be discussed separately. контрольный симулятор, уровень питания должен быть спроектирован на разумную плоскость питания, чтобы облегчить развязку и иметь достаточно низкий индуктивность. One might ask, как хорошо? The answer to the question depends on the layering of the power supply, материал между двумя слоями, and the operating frequency (ie, a function of the IC's rise time). Usually, интервал между слоем питания составляет 6 миль, and the interlayer is FR4 material, эквивалентная емкость на квадратный дюйм. Obviously, уменьшение интервала между слоями, the greater the capacitance. время подъема от 100 до 300ps, but at the current rate of development of ICs, время подъема от 100 до 300ps будет составлять большую долю оборудования. для цепи со временем подъема от 100 до 300ps, 3mil layer spacing will no longer be suitable for most applications. тогда, it was necessary to use layering techniques with a layer spacing of less than 1 mil and replace the FR4 dielectric material with a material with a very high dielectric constant. сейчас, ceramics and ceramics can meet the design requirements of 100 to 300ps rise time circuits. Хотя в будущем могут использоваться новые материалы и методы, for today's common 1 to 3ns rise time circuits, расстояние между слоем 3 - 6 миля и диэлектриком FR4, it is usually sufficient to handle high-end harmonics and keep transients low enough to be That said, Симулятор EMI может быть очень низким. The PCB board layered stack design example given in this article will assume a layer spacing of 3 to 6 mils.

2. Electromagnetic shielding
From the сигнал routing point of view, Хорошая стратификационная стратегия должна состоять в том, чтобы поместить все сигналы на один или несколько уровней рядом с силовыми установками или плоскостью земли. For power, Хорошая стратификационная стратегия должна заключаться в том, что слой питания будет прилегать к наземному слою, and the distance between the power layer and the поверхность земли layer is as small as possible, Это то, что мы называем "стратификацией".

3. 4-layer board
There are several potential issues with the 4-layer board design. сначала, for a traditional four-layer board with a thickness of 62 mil, Даже если сигнальный слой находится внутри, то слой питания и соединительный пласт находятся внутри слоя, the distance between the power layer and the поверхность земли layer is still too large. если стоимость требуется, Альтернативный вариант для рассмотрения следующих двух традиционных 4 - слойных схем. Оба решения могут повысить эффективность EMI - подавления, but only when the component density on правление is low enough and there is enough area around the components (to place the required power supply copper layer). наружная поверхность PCB является связующим пластом, промежуточный двухслойный слой/уровень питания. The power supply on the сигнал layer is routed with wide traces, Это приводит к низкому путевому сопротивлению тока питания, сопротивление траектории сигнала также очень низкое. From an EMI control perspective, Это существующая четырехслойная PCB - панельная структура. Во втором варианте, the outer layer takes the power and поверхность земли, промежуточный двухслойный приёмный сигнал. Compared with the traditional 4-layer board, незначительное улучшение программы, and the interlayer impedance is as poor as the traditional 4-layer board. полное сопротивление траектории, Вышеупомянутая схема наложения требует очень осторожного монтажа проводов под силовыми установками и заземленными медными островами. Кроме того, copper islands on power or ground planes should be interconnected as closely as possible to ensure DC and low frequency connectivity.

4. 6-layer board
If the component density on a 4-layer board is relatively high, использовать 6 слоёв. Однако, Некоторые из пакетов в конструкции пластины не достаточны для защиты электромагнитного поля, сигнал временного режима для снижения шины питания почти не влияет. Ниже рассматриваются два примера. например, питание и земля находятся соответственно на втором и пятом этажах. Due to the high impedance of the power supply copper cladding, Это очень вредно для управления симболическим излучением EMI. However, from the point of view of impedance control of the сигнал, Этот метод верен.. The second example places power and ground on the 3rd and 4th layers, по отдельности. This design solves the problem of power supply copper cladding impedance. из - за плохих характеристик электромагнитной защиты на 1 - м и 6 - м этажах, the differential mode EMI increases. If the number of signal lines on the two outer layers is low and the trace length is short (shorter than 1/20 the wavelength of the signal harmonic), this design can solve the differential mode EMI problem. The suppression of differential mode EMI is particularly good by filling the non-component and non-trace areas on the outer layer with copper and grounding the copper area (every 1/20 wavelength is an interval). Как отмечалось выше, the copper area should be connected to the internal ground plane at multiple points. Обычно при проектировании шести слоёв высокой производительности первый и шестой этажи располагаются в нижнем слое., Третий и четвертый этажи занимают власть и землю. EMI suppression is excellent due to two centered dual microstrip signal line layers between the power and ground planes. недостатком такого проектирования является лишь двухслойный след.. As mentioned earlier, если внешняя линия следа коротка, а медь помещена в зону без следа, то традиционная шестислойная пластина также может быть получена на одном и том же штабелировании. Другая пластина схема is signal, ground, signal, power, ground, signal, which enables the environment required for signal integrity designs. близ горизонта, питание и уровень земли спарены. Obviously, недостаток - несбалансированность напластования. This usually causes trouble in manufacturing. решить эту проблему можно, заполнив медью все пробелы третьего слоя. Если плотность меди на третьем этаже после наполнения меди приближается к слою питания или к пласту, схемная плата может грубо засчитываться в конструкционное равновесие. . область заполнения медью должна быть соединена с питанием или заземлением. расстояние между отверстиями все еще составляет 1/20 wavelength, не обязательно везде, но в идеале они должны быть связаны друг с другом.

5. 10-layer board
Because the insulating layers between the multilayer boards are very thin, the impedance between layers of a 10- or 12-layer board is very low, до тех пор, пока не будет проблем со слоем и укладкой, можно ожидать хорошей целостности сигнала. еще труднее производить 12 слоёв толщиной 62 мм, and there are not many manufacturers that can process 12-layer boards. Потому что между сигнальным слоем и кольцом всегда есть изоляция, при проектировании 10 - этажной платы решение о распределении промежуточного 6 - го слоя для маршрутизации линии сигнала не применимо. Альсо, it is important to have the signal layer adjacent to the loop layer, i.e. the board схема is signal, ground, signal, signal, power, ground, signal, signal, ground, signal. This design provides a good path for the signal current and its loop current. правильная политика маршрутизации - первый уровень маршрутизации по X - направлению, Третий этаж по направлению Y, the fourth layer along the X direction, и так далее. Looking at the traces intuitively, первый и третий этажи представляют собой комбинацию слоёв, layers 4 and 7 are a pair of layered combinations, восьмой и десятый этажи представляют собой комбинацию слоёв.. When it is necessary to change the direction of the traces, сигнальная линия на первом этаже должна быть "сквозная дыра" на третьем этаже, а затем изменить направление. In practice, Может быть, это не всегда возможно, but as a design concept try to adhere to it. так же, когда маршрутизация сигнала изменяется, it should be via vias from layers 8 and 10 or from layer 4 to layer 7. Эта маршрутизация обеспечивает тесную связь между линией сигнала вперед и траекторией возвращения. например, if the signal is routed on layer 1 and the loop is routed on layer 2 and only on layer 2, Даже если сигнал на слое 1 поступает через "сквозное отверстие" на уровень 3, its The loop is still on layer 2, Таким образом сохраняйте низкий индуктивность, high capacitance, а также хорошая электромагнитная защита. What if the actual wiring is not like this? For example, the signal line on the first layer goes through the via hole to the tenth layer. сейчас, the loop signal has to find the ground plane from the ninth layer, and the loop current needs to find the nearest ground via hole (such as the ground pins of components such as resistors or capacitors) . If you happen to have such a via nearby, Тебе повезло.. Если нет такой возможности, индуктивность увеличится, the capacitance will decrease, и Эми определенно увеличится. когда сигнальная линия должна пропускать через отверстие текущую пару проводов в другой слой, заземление через отверстие должно быть установлено около проходного отверстия, обеспечить плавное возвращение сигналов контура в соответствующие пласты. For layer 4 and layer 7 layered combination, the signal loop will return from the power layer or the ground layer (ie layer 5 or layer 6), because the capacitive coupling between the power layer and the ground layer is good, Этот сигнал легко передать .

6. Design of Multiple Power Layers
If the two power planes of the same voltage source need to output a large current, схемная плата должна быть расположена в двух блоках силовых плоскостей и в соединительных пластах. In this case, прокладка изолирующего слоя между электроэнергетическими и смежными пластами. такой, we get the two pairs of power bus bars with equal impedance that we expect to divide the current equally. Если наложение плоскости мощности приводит к неравному сопротивлению, the shunting will not be uniform, переходное напряжение будет гораздо больше, and EMI will increase dramatically. если на платы есть несколько значений напряжения питания, Тогда нужно несколько уровней питания, keeping in mind to create their own paired power and ground planes for the different power supplies. В обоих случаях, keep in mind the manufacturer's requirements for a balanced structure when determining the placement of the mating power and ground planes on the board.

7. Summary
Given that most engineers design boards as conventional печатная платапроходное отверстие с толщиной 62 мм без слепой или утопленной отверстия, this discussion of board layering and stacking is limited to that. лист с большой разницей по толщине, the layering scheme recommended in this article may not be ideal. Кроме того, circuit boards with blind or buried vias are processed differently, метод расслоения в настоящем документе не применяется. The thickness, при проектировании платы, процесс пропускания отверстий и этажность платы не являются ключом к решению проблемы. Excellent layered stacking is to ensure the bypass and decoupling of the power busbar, не влиять на переходное напряжение на поверхности электропитания или на плоскости земли. ключ экранированного сигнала и электромагнитного поля питания. Ideally, между слоем слежения за сигналом и его возвратным слоем должна быть изолирующая изоляция, and the paired layer spacing (or more than one pair) should be as small as possible. на основе этих основополагающих концепций и принципов, печатная платаs that can always meet the design requirements can be designed.