Технология PCB - как завод платы решает проблемы EMI при проектировании многослойной PCB

шина питания

Properly placing a capacitor of appropriate capacity near the power supply pin of the IC can make the IC output voltage jump faster. Однако, the problem does not end here. из - за ограниченной частотной чувствительности конденсатора, the capacitor cannot generate the harmonic power required to drive the IC output cleanly in the full frequency band. Кроме того, the transient voltage formed on the power bus will form a voltage drop across the inductance of the decoupling path, Эти переходные напряжения являются основным источником помех EMI. How should we solve these problems?

Что касается нашего правлениязавод платыis concerned, слой мощности вокруг IC можно рассматривать как отличный высокочастотный конденсатор, which can collect the part of the energy leaked by the discrete capacitor that provides high-frequency energy for clean output. Кроме того, the inductance of a good power layer should be small, поэтому и переходные сигналы, Синтезированные индуктивностью, тоже малые, thereby reducing common mode EMI.

Конечно, the connection between the power layer and the IC power pin must be as short as possible, Потому что цифровые сигналы поднимаются всё быстрее и быстрее, and it is best to connect it directly to the pad where the IC power pin is located. Это требует отдельного обсуждения..

чтобы контролировать симулятор EMI, панель электропитания должна способствовать развязке и иметь достаточно низкий уровень индуктивности. Этот силовой самолет должен быть парой хорошо сконструированных энергетических самолетов. Кто - нибудь может спросить, насколько хорошо, черт возьми? ответ на этот вопрос зависит от расслоения источника, межслойного материала и частоты работы (т.е. от функции IC в период подъема). как правило, интервал между слоем питания составляет 6 мил, промежуточный слой - материал FR4, эквивалентная емкость на один квадратный дюйм электрического слоя составляет около 75 pf. Очевидно, чем меньше расстояние между слоями, тем больше емкость.

количество деталей в период подъема от 100 до 300 ПС невелико, но при нынешних темпах развития IC на приборах от 100 до 300 ПС будет приходиться значительная доля времени подъема. для цепи со временем подъема от 100 до 300ps расстояние между 3mil слоями больше не будет применяться к большинству приложений. В то время необходимо было использовать технологии стратификации с интервалом менее 1 миллиметра и заменить материал FR4 материалами с высокой диэлектрической проницаемостью. Теперь керамика и керамика пластика могут удовлетворить требования дизайна схемы 100 - 300 ПС время подъема.

Хотя в будущем могут использоваться новые материалы и методы, для обычных сегодня 1 - 3 НС цепи времени подъема, 3 - 6 mil интервалов между слоями и FR4 диэлектрика, как правило, достаточно, чтобы обрабатывать высокие гармоники и обеспечивать достаточно низкий уровень переходных сигналов, то есть симулятор EMI может быть снижен до очень низкого уровня. В данном документе приведен пример конструкции слоистой упаковки PCB, которая предполагает, что интервал между слоями составляет от 3 до 6 мил.

2. электромагнитная защита

с точки зрения сопровождения сигналов, хорошая стратификационная стратегия должна состоять в том, чтобы установить слежение за всеми сигналами на одном или нескольких уровнях, которые плотно соприкасаются с силовыми или поверхностными слоями. для питания хорошая стратификационная стратегия должна быть смежной с поверхностным слоем и как можно меньше расстояний между слоем питания и наземным слоем. Это то, что мы называем "стратификацией".

укладка PCB

Какие правила упаковки помогают экранировать и подавлять EMI? The following layered stacking scheme assumes that the power supply current flows on a single layer, разная графитовая носовая летательного аппарата с распределением одиночного напряжения или нескольких напряжений в одном и том же слое. The case of multiple power layers will be discussed later.

4.4 - слоистая пластина

There are several potential problems with the 4-layer board design. сначала, the traditional four-layer board with a thickness of 62 mils, Даже если сигнальный слой снаружи, and the power and ground layers are on the inner layer, расстояние между слоем питания и наземным слоем остается слишком большим.

Если требование себестоимости является первым, вы можете рассмотреть два традиционных варианта замены 4 слоем. Оба решения могут повысить эффективность EMI - подавления, но они применяются только в тех случаях, когда элементы на платы достаточно низки по плотности и вокруг них достаточно много площадей (для укладки требуемого слоя питания).

The first is the preferred solution. внешний слой плата PCB are all ground layers, промежуточный двухслойный слой/power layers. питание на сигнальном слое осуществляется широкополосной проводкой, Это снижает путевое сопротивление тока питания, and the impedance of the signal microstrip path is also low. с точки зрения управления EMI, this is the best 4-layer PCB structure available. Во втором варианте, внешний источник питания и заземление, and the middle two layers use signals. Compared with the traditional 4-layer PCB board, this solution has a smaller improvement, межслойное сопротивление, как и традиционное четырехслойное PCB.

Если след хочет контролировать сопротивление линии, то Вышеприведенная схема укладки должна быть очень осторожна, чтобы линия могла быть установлена под силовыми установками и заземленным медным островом. Кроме того, острова медь, расположенные на электропитании или в наземном слое, должны, насколько это возможно, взаимодействовать друг с другом для обеспечения постоянного и низкочастотного соединения.

5.6 фанера

If the density of components on a 4-layer board is relatively high, лучше всего 6 - этажный доска.. However, some stacking schemes in the 6-layer board design are not good enough to shield the electromagnetic field, сигнал временного режима для снижения шины питания почти не влияет. Two examples are discussed below.

В первом примере питание и заземление расположены соответственно на втором и пятом этажах. из - за высокого медного импеданса питания контроль над симболическим излучением EMI крайне затруднен. Однако с точки зрения контроля сигнального импеданса такой подход является весьма правильным.

Во втором примере, the power supply and ground are placed on the 3rd and 4th layers respectively. данный проект решает вопрос о медном импедансе питания. Due to the poor electromagnetic shielding performance of the 1st and 6th layers, дифференциальное увеличение EMI.

если две внешние линии сигнала меньше и длина линии следа коротка (меньше 1 / 20 гармонической длины волны сигнала), то эта конструкция может решить проблему дифференциальных мод EMI. Заполните поверхность без деталей и следов участками меди и заземлите медную область (с интервалом в 1 / 20 длины волны), что особенно эффективно с точки зрения подавления отклонений модели EMI. Как отмечалось выше, медная зона должна быть соединена с внутренней плоскостью приземления в нескольких точках.

как правило, при проектировании 6 слоёв с высокой характеристикой первый и шестой этажи используются как наслаиваемые пласты, третий и четвертый этажи используются для питания и заземления. поскольку между слоем электропитания и слоем соприкосновения имеются две двухслойные линии микрополосной сигнализации, EMI имеет хорошую возможность подавления. недостатком этого дизайна было лишь два слоя маршрута. Как отмечалось выше, в тех случаях, когда внешние следы являются короткими, а медь помещается в безследственную зону, то для достижения такого же уровня упаковки можно использовать традиционные 6 - слоистые пластины.

Другая схема из шести слоёв - Это сигнализация, земля, сигнал, источник питания, земля и сигнал. можно создать условия, необходимые для проектирования полноты высококачественных сигналов. сигнальный слой прилегает к наземному слою, а уровень электропитания - к наземному слою. Очевидно, недостатком является несбалансированность напластования.

это обычно создает проблемы для обрабатывающей промышленности. решить эту проблему можно, заполнив все пробелы на третьем этаже медью. После наполнения меди, если плотность меди на третьем этаже приближается к слою питания или к пласту, то плата не может быть строго засчитывается в схему структурного равновесия. заполненная медью область должна быть подключена к питанию или заземлена. расстояние между отверстиями по - прежнему составляет 1 / 20 длины волны, которая может не быть связана везде, но должна быть соединена в идеальном случае.

6.10 - ярусная панель PCB

изоляция между многослойными слоями очень тонкая, the impedance between the 10 or 12 layers of the circuit board is very low. только расслоение и укладка без проблем, excellent signal integrity can be expected. обработка и изготовление 12 - слойных PCB пластин толщиной 62 мм еще более затруднено, and there are not many manufacturers that can process 12-layer boards.

поскольку между сигнальным слоем и кольцевым слоем всегда есть изолирующий слой, в проектировании 10 - этажной платы, распределение промежуточного 6 - го слоя для маршрутизации линии сигнала не является лучшим решением. Кроме того, важно, чтобы сигнальный слой был смещен с кольцевым слоем, т.е.

Проект обеспечивает хороший канал для сигнального тока и тока в цепи. правильная стратегия монтажа проводов заключается в проводке по X - направлению на первом этаже, проводке по Y - направлению на третьем этаже, проводке по X - направлению на четвертом этаже и так далее. интуитивно взглянув на маршрутизацию, первый и третий этажи представляют собой комбинацию слоёв, четвёртый и седьмой - комбинацию слоёв, а восьмой и десятый - последнюю. когда необходимо изменить направление монтажа, сигнальная линия на первом этаже должна пройти через "сквозное отверстие" на третий этаж, а затем изменить направление. На самом деле это может и не всегда возможно, но, как концепция дизайна, ее необходимо придерживаться как можно больше.

Аналогичным образом, когда маршрутизация сигнала изменяется, он должен пройти через отверстие с 8 - го и 10 - го этажа или с 4 - го этажа до 7 - го этажа. Эта проводка обеспечивает наиболее тесную связь между линией сигнала и кольцом. например, если сигнал маршрутизируется на первом этаже, а кольцевая дорога - на втором и только на втором, то сигнал на первом этаже передается через "сквозное отверстие" на третий этаж. контур по - прежнему находится на втором этаже для поддержания низкой индуктивности, большой емкости и хорошей электромагнитной защиты.

А что, если это не так? например, сигнальная линия на первом этаже проходит через прорезь до десятого этажа, после чего сигнал контура должен быть найден на девятом этаже, а ток контура должен найти ближайшее заземляющее отверстие (например, зажим заземления для таких элементов, как резистор или конденсатор). если рядом есть такой канал, тебе повезло. Без такого пропускания индуктивность увеличится, емкость уменьшится, а электромагнитные помехи определенно возрастут.

когда сигнальная линия проходит через отверстие, чтобы отойти от нынешней пары проводов к другим слоям электропроводки, заземление должно быть установлено вблизи проходного отверстия, с тем чтобы кольцевая сигнализация могла успешно вернуться в соответствующий коллектор. 5 - й или 6 - й этажи), поскольку между слоем электропитания и поверхностным слоем существует хорошая емкостная связь, а сигнал легко передается.

проектирование многослойных энергоносителей

Если два слоя питания из одного источника напряжения должны выводить большой ток, плата должна быть разделена на два слоя питания. In this case, прокладка изолирующего слоя между слоем питания и коллектором. такой, we obtain the two pairs of power bus bars with equal impedances that divide the current we expect. Если нагромождение слоя мощности приводит к неодинаковому сопротивлению, the shunt will not be uniform, переходное напряжение будет гораздо больше, and the EMI will increase sharply.

если на платке есть несколько значений напряжения питания, то требуется соответствующий слой питания. Запомните, что Создайте свою пару источников энергии и соединяйте пласты. В обоих случаях, при определении положения пары энергоносителей и прилегающей пласты на платы цепи, помните требования изготовителя к сбалансированной конструкции.

Резюме

In view of the fact that most of the circuit boards designed by engineers are traditional printed circuit boards with a thickness of 62 mils and no blind or buried vias, в данной статье обсуждение иерархии и укладки платы ограничивается этим. плата с большим различием толщины, the layering scheme recommended in this article may not be ideal. Кроме того, the processing process of the circuit board with blind holes or buried holes is different, метод расслоения в настоящем документе не применяется.

при проектировании платы, the thickness, Via поток и ассортимент продукцииплата PCBare not the key to solving the problem. Хорошая слоистая укладка для обеспечения блокировки и развязки шины питания, and the transient voltage on the power layer or ground layer The key to minimize the electromagnetic field of the signal and power supply. идеальный, there should be an insulating isolation layer between the signal routing layer and the return ground layer, and the paired layer spacing (or more than one pair) should be as small as possible. Based on these basic concepts and principles, можно спроектировать схему, всегда удовлетворяющую требованиям проектирования. Now that the rise time of IC is very short and will be shorter, обсуждаемые в данной статье технологии очень важны для решения проблемы защиты EMI.