Технология PCB - Анализ роли многослойной компоновки плат PCB в подавлении EMI

Существует множество способов решения проблемы EMI. Современные методы подавления EMI включают в себя: использование ингибирующего покрытия EMI, выбор подходящего ингибирующего компонента EMI и моделирование EMI. В этой статье, начиная с базовой компоновки PCB, обсуждается роль и методы проектирования стратифицированного укладки плат PCB для управления излучением EMI.

Электрическая шина

Надлежащее размещение конденсаторов соответствующей емкости вблизи штуцера питания IC позволяет быстро изменять выходное напряжение IC. Однако на этом проблема не заканчивается. Из - за ограниченной частотной реакции конденсатора конденсатор не может генерировать гармоническую мощность, необходимую для чистого управления выходом IC в полной полосе частот. Кроме того, переходное напряжение, образующееся на шине питания, будет формировать перепад давления на индуктивности развязанного пути, который является основным источником помех EMI. Как нам решить эти проблемы?

Что касается IC на наших платах, энергетический слой вокруг IC можно рассматривать как превосходный высокочастотный конденсатор, который собирает часть энергии, утекающей из дискретных конденсаторов, обеспечивая высокочастотную энергию для очистки выходной мощности. Кроме того, индуктивность в хорошем энергетическом слое должна быть меньше, поэтому переходные сигналы, синтезированные индуктивностью, также меньше, что снижает конформный EMI.

Конечно, соединение между силовым слоем и штырем питания IC должно быть как можно короче, так как цифровой сигнал поднимается все быстрее и быстрее, и лучше всего подключиться непосредственно к сварному диску, где находится штырь питания IC. Это требует отдельного обсуждения.

Для управления симмодальным ЭМИ плоскость мощности должна помочь в развязке и иметь достаточно низкую индуктивность. Эта динамическая плоскость должна быть хорошо продуманной динамической плоскостью. Кто - то может спросить, насколько это хорошо? Ответ на этот вопрос зависит от расслоения источника питания, материала между слоями и рабочей частоты (т.е. функции времени восхождения IC). Обычно интервал между силовыми слоями составляет 6 миль, промежуточный слой - материал FR4, а эквивалентная емкость на квадратный дюйм силового слоя составляет около 75 pF. Очевидно, что чем меньше расстояние между слоями, тем больше емкость.

Устройств с временем подъема от 100 до 300ps немного, но при нынешних темпах разработки IC устройства с временем подъема в диапазоне от 100 до 300ps будут составлять значительную долю. Для схем со временем подъема от 100 до 300ps расстояние между слоями 3mil больше не будет работать для большинства приложений. В то время требовалась стратификация с интервалом между слоями менее 1 метра и замена диэлектрических материалов FR4 на материалы с высокой диэлектрической константой. В настоящее время керамические и керамические пластмассы могут соответствовать требованиям проектирования цепей времени подъема от 100 до 300 с.

В то время как новые материалы и методы могут быть использованы в будущем, для схем восходящего времени от 1 до 3ns, интервалов между слоями от 3 до 6mil и диэлектрических материалов FR4, распространенных сегодня, обычно достаточно, чтобы обрабатывать высокопроизводительные гармоники и делать переходные сигналы достаточно низкими, то есть конформный EMI может быть уменьшен очень низко. Пример конструкции слоя PCB, приведенный в этой статье, предполагает расстояние между слоями от 3 до 6 футов уха.

Электромагнитная защита

С точки зрения сигнального следа, хорошей стратификационной стратегией должно быть размещение всех сигнальных следов на одном или нескольких слоях, которые находятся рядом с силовым или заземленным слоем. Хорошая стратификационная стратегия для источника питания должна заключаться в том, чтобы энергетический слой находился рядом с заземленным слоем и чтобы расстояние между силовым слоем и наземным слоем было как можно меньше. Это то, что мы называем "стратифицированной" стратегией.

Пакет PCB

Какие стратегии стека помогают блокировать и подавлять EMI? Следующая схема стратификации предполагает, что ток питания течет в одном слое и что одно или несколько напряжений распределены между различными частями одного и того же слоя. Далее будет обсуждаться ситуация с несколькими уровнями мощности.

4 Слоны

Существует несколько потенциальных проблем с дизайном четырех слоев. Во - первых, традиционная четырехслойная пластина толщиной 62 м, даже если сигнальный слой находится на внешнем слое, а силовой слой и заземление - на внутреннем слое, расстояние между силовым слоем и заземлением все еще слишком велико.

Если требования к стоимости стоят на первом месте, вы можете рассмотреть следующие две традиционные альтернативы 4 - слоистой пластине. Оба решения могут улучшить ингибирующую способность EMI, но только для приложений с достаточно низкой плотностью компонентов на панели и достаточной площадью вокруг компонентов (размещение требуемого медного слоя питания).

Первый - предпочтительное решение. Внешний слой PCB - это заземление, а два промежуточных слоя - слой сигнала / питания. Источники питания на сигнальном слое используют широкополосную проводку, которая может сделать сопротивление пути электрического тока ниже, а сопротивление пути микрополосы сигнала ниже. С точки зрения управления EMI, это лучшая четырехуровневая структура PCB в настоящее время. Во втором варианте внешний слой использует питание и заземление, а средний слой использует сигнал. Улучшения были меньше по сравнению с традиционными 4 - слойными пластинами, а сопротивление между слоями было таким же плохим, как и у традиционных 4 - слойных пластин.

Если вы хотите контролировать сопротивление трассировки, вышеупомянутая схема укладки должна быть очень осторожной, чтобы разместить трассу под источником питания и заземленным медным островом. Кроме того, медные острова на источнике питания или заземлении должны быть как можно более взаимосвязаны, чтобы обеспечить соединение постоянного тока и низкой частоты.