Технология PCB - как решить проблемы EMI при проектировании многослойной PCB

Как решить проблему электромагнитных помех при разработке многослойной печатных плат
Существует множество способов решения проблем ЭМИ.Современные методы подавления ЭМИ включают: использование покрытий для подавления ЭМИ, выбор подходящего элемента для подавления ЭМИ и моделирование ЭМИ.С самого начала базовой схемы печатной платы, в этой статье рассматривается роль и методы проектирования PCB иерархического наложения контроля ЭМИ излучения.

Шина питания

Правильное размещение конденсатора рядом с базой питания ИС позволяет быстро изменять выходное напряжение ИС. Однако на этом проблемы не заканчиваются. Из-за ограниченной частотной чувствительности конденсатора он не может генерировать гармоники, необходимые для чистого управления выходом ИС во всем диапазоне частот. Кроме того, переходное напряжение, образующееся на шине питания, будет формировать падение напряжения на индуктивности развязывающего тракта. Эти переходные напряжения являются основным источником электромагнитных помех. Как мы должны решать эти проблемы?

Что касается ИС на нашей печатной плате, то слой питания вокруг ИС можно рассматривать как отличный высокочастотный конденсатор. Он может собирать часть энергии утечки дискретного конденсатора, чтобы обеспечить высокочастотный выход. Кроме того, индуктивность хорошего силового слоя должна быть небольшой, поэтому переходные сигналы, синтезируемые индуктивностью, также невелики, что снижает уровень EMI в общем режиме.

Конечно, соединение между слоем питания и выводом питания ИС должно быть как можно короче, потому что цифровые сигналы поднимаются всё быстрее и быстрее,и лучше всего подключить его непосредственно к площадке, на которой расположен вывод питания ИС.Это требует отдельного обсуждения.

Для работы симулятора электромагнитных помех плоскость питания должна обеспечивать развязку и иметь достаточно низкую индуктивность. Эта плоскость питания должна представлять собой пару хорошо спроектированных плоскостей питания. Можно спросить,насколько хорошо?Ответ на этот вопрос зависит от иерархии источников питания, материалов между слоями и рабочей частоты (то есть функции времени нарастания ИС).В общем случае расстояние между слоями питания составляет 6 мил,промежуточный слой - FR4, эквивалентная емкость на квадратный дюйм.Очевидно,что чем меньше расстояние между слоями,тем больше емкость.

Время нарастания от 100 до 300 пс,но в современных условиях скорости проектирования интегральных схем, оборудование в диапазоне от 100 до 300 пс в течение времени нарастания будет занимать большую долю.Для схем с временем нарастания от 100 до 300 пс, расстояние между слоями в 3 мил уже не будет применимо для большинства приложений.Тогда необходимо было использовать технологию наслоения с расстоянием между слоями менее 1 мил, заменить FR4 диэлектриком из материалов с высокой диэлектрической проницаемостью.Теперь керамика и керамический пластик могут удовлетворить требования к проектированию схем с временем нарастания 100 - 300 с.

Хотя в будущем могут быть использованы новые материалы и методы, для современных распространенных схем с временем нарастания от 1 до 3 нс шаг слоев от 3 до 6 мил и диэлектрик FR4 обычно достаточны для обработки высших гармоник и обеспечения достаточно низкого переходного сигнала, то есть символический ЭМИ может быть снижен до очень низкого уровня.В примерах проектирования многослойного монтажа печатных плат,приведенных в этой статье,предполагается,что шаг слоев составляет от 3 до 6 мил.

Электромагнитное экранирование

С точки зрения сигнальных трасс, хорошей стратегией расслоения должно быть размещение всех сигнальных трасс на одном или нескольких слоях, причем эти слои должны примыкать к слою питания или поверхностному слою. Для источника питания хорошей стратегией расслоения должно быть размещение силового слоя рядом с земляным слоем, а расстояние между силовым слоем и земляным слоем должно быть как можно меньше. Это то, что мы называем стратификацией.

печатная плата за укладку

Какая стратегия укладки помогает экранировать и подавлять электромагнитные помехи?Следующая схема перекрывающихся слоев предполагает протекание тока питания в одном слое,в разных графитовых носовых самолетах с единым распределением напряжения или несколькими напряжениями в одном и том же слое.Ситуация с несколькими слоями питания будет рассмотрена позже.