Технология PCB - Решения по электромагнитным помехам при проектировании многослойных печатных плат

Power buS

Properly placing a capacitor of appropriate capacity near этот власть supply pin of theIC у вас получитсяIC output voltage jump faster. Однако, the problem does not end here. из - за ограниченной частотной чувствительности конденсатора, the capacitors cannot generate the harmonic power required to drive theIC output cleanly in the full frequency band. Кроме того, переходное напряжение, создаваемое на шине питания, вызовет падение напряжения на индукторе с линией развязки, and these transient voltages are the main common mode EMI interference sources. как мы должны решать эти проблемы?

As far as theIC on our circuit доска is concerned, the power layer around theIC can be regarded as an excellent high-frequency capacitor, which can collect the part of the energy leaked by the discrete capacitor that provides high-frequency energy for clean output. In addition, the inductance of a good power layer should be small, so the transient сигнал synthesized by the inductance is also small, thereby reducing common mode EMI.

Конечно, the connection between the power layer and theIC указатель питания должен быть как можно короче, because the rising edge of the digital сигнал is getting faster and faster, лучше прямо подключитьIC расположение указателя питания. This needs to be discussed separately.

для управления симулятором EMI, the power plane must help decoupling and have a sufficiently low inductance. Этот силовой самолет должен быть парой хорошо сконструированных энергетических самолетов.. Кто - то может спросить, how good is good? ответ на этот вопрос зависит от иерархии источников питания, the materials between the layers, and the operating frequency (that is, a function of the rise time of theIC). Normally, интервал между слоями питания 6 мил, and the interlayer is FR4 material, эквивалентная емкость на квадратный дюйм. очевидно, уменьшение интервала между слоями, the greater the capacitance.

время подъема от 100 до 300 ПС, but according to the currentIC темп развития, devices with a rise time in the range of 100 to 300 ps will occupy a high proportion. 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 adopt layering technology with a layer spacing of less than 1 mil, Заменить FR4 диэлектриком из материалов с высокой диэлектрической проницаемостью. Now, керамика и керамика пластик может удовлетворить требования дизайна схемы 100 - 300ps 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 печатная плата, которая предполагает, что интервал между слоями составляет от 3 до 6 мил.

Electromagnetic shielding

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 заключаться в том, чтобы слой питания был смещен с поверхностным слоем и чтобы расстояние между слоем питания и наземным слоем было как можно меньше. Это то, что мы называем "стратификацией".

печатная плата stacking

What stacking strategy helps to shield and suppress 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 уровень питания will be discussed later.

четвёртый этаж доска

при проектировании 4 - этажной платы есть несколько потенциальных проблем. Во - первых, традиционные четырехслойные пластины толщиной 62 мм, даже если сигнальный слой находится в наружном слое, слой питания и соединительный пласт внутри слоя, расстояние между слоем питания и прилегающим слоем остается слишком большим.

Если требование себестоимости является первым, you can consider the following two traditional 4-layer доска выбор. Both of these solutions can improve the performance of EMI suppression, Но они применяются только к плотности компонентов доска is low enough and there is enough area around the components (place the required power supply copper layer).

первый вариант является предпочтительным решением. The outer layers of the печатная плата земной слой, and the middle two layers are сигнал/power layers. The power supply on the signal layer is routed with a wide line, Это снижает путевое сопротивление тока питания, and the impedance of the signal microstrip path is also low. с точки зрения управления EMI, это is the best 4-layer печатная плата структура доступна. In the second scheme, внешний источник питания и заземление, and the middle two layers use signals. & традиционный уровень 4 доска, the improvement is smaller, межслойное сопротивление отличается от традиционной четырехслойной структуры доска.

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.

Шестой этаж доска

Если плотность компонентов на 4 - х слоях относительно высока, то лучше всего использовать 6 - слоистых пластин. Однако при проектировании шести панелей некоторые из пакетов не достаточны для защиты электромагнитного поля и почти не влияют на снижение переходных сигналов шины питания. Ниже приводятся два примера.

В первом примере, the power supply and поверхность земли are placed on the 2nd and 5th layers respectively. из - за высокого медного сопротивления питания, it is very unfavorable to control the common mode EMI radiation. However, from the point of view of signal impedance control, Этот метод очень правильный.

In the second example, питание и заземление находятся соответственно на третьем и четвертом этажах. This design solves the problem of power supply copper impedance. из - за плохих характеристик электромагнитной защиты на 1 - м и 6 - м этажах, дифференциальное увеличение EMI. If the number of signal lines on the two outer layers is the smallest and the trace length is very short (shorter than 1/20 of the wavelength of the highest harmonic of the signal), this design can solve the differential mode EMI problem. Fill the copper-clad area with no components and no traces on the outer layer and поверхность земли the copper-clad area (every 1/20 wavelength as an interval), which is particularly good at suppressing differential mode EMI. Как отмечалось выше, it is necessary to connect the copper area with the internal ground plane at multiple points.

General-purpose high-performance 6-layer доска design Generally, первый и шестой этажи как наземная планировка, Третий и четвертый этажи используются для питания и заземления. Since there are two double microstrip signal line layers in the middle between the power layer and the ground layer, отличные возможности EMI. The disadvantage of this design is that there are only two routing layers. Как отмечалось выше, if the outer traces are short and copper is laid in the traceless area, такой же набор может быть реализован через традиционную шестислойную структуру доска.

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. The solution to the problem is to fill all the blank areas of the third layer with copper. После наполнения меди, if the copper density of the third layer is close to the power layer or ground layer, this доска can not be strictly counted as a structurally balanced circuit доска . область заполнения медью должна быть соединена с питанием или заземлением. расстояние между отверстиями все еще составляет 1/20 wavelength, и, возможно, нет необходимости всюду общаться, but it should be connected under ideal circumstances.

10 этаж доска

Since the insulating isolation layer between the multilayer доскаS очень худой, the impedance between the 10 or 12 layers of the circuit доска цена низкая. As long as there is no problem with the layering and stacking, можно ожидать хорошей целостности сигнала. It is more difficult to manufacture 12-layer доскаего толщина 62 мм, and there are not many manufacturers that can process 12-layer доскаs.

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. The proper wiring strategy is to route the wires in the X direction on the first layer, направление Y третьего слоя, and the X directions on the fourth layer, и так далее. Looking at the routing intuitively, the first layer 1 and the third layer are a pair of layered combinations, the 4th and 7th layers are a pair of layered combinations, 8 - й и 10 - й этажи - последняя пара слоёв. When it is necessary to change the routing direction, сигнальная линия первого слоя должна быть передана через "отверстие" на третий этаж, а затем изменить направление. In fact, Это не всегда возможно, but as a design concept, it must be followed as much as possible.

Точно так же, когда маршрут сигнала меняется, 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.

Если соединение не так, what should I do? например, the signal line on the first layer goes through the via hole to the 10th layer. Ground pins of components such as resistors or capacitors). If there happens to be such a via nearby, Тебе повезло.. If there is no such close via hole available, the inductance will become larger, the capacitance will be reduced, и Эми определенно увеличится.

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.

Multi-power layer design

If the two power layers of the same voltage source need to output large currents, the плата цепи should be laid out into two sets of power layers and ground layers. In this case, an insulating layer is placed between each pair of power and ground layers. такой, we get 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.

If there are multiple power supply voltages with different values on трек доска, Поэтому требуется несколько слоёв питания. Remember to create their own paired power supply and ground layers for different power supplies. In the above two cases, when determining the position of the paired power layer and ground layer on the circuit доска, Помните требования производителей к сбалансированной структуре.

Резюме

In view of the fact that most of the circuit доскаs designed by engineers are traditional printed circuit доскаs with a thickness of 62 mils and no blind or buried vias, Обсуждение схемы доска layering and stacking in this article is limited to this. For circuit доскаs with large differences in thickness, the layering scheme recommended in this article may not be ideal. In addition, the processing process of the circuit доска with blind holes or buried holes is different, and the layering method in this article is not applicable.

толщина, via process and the number of layers of the circuit доска in the circuit доска design are not the key to solving the problem. Excellent layered stacking is to ensure the bypass and decoupling of the power bus, and minimize the transient voltage on the power layer or ground layer. и ключ к экранированному сигналу и электромагнитному полю питания. Ideally, 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, a circuit доска Таким образом, можно всегда удовлетворять требованиям проектирования, можно осуществлять проектирование. Now that the rise time ofIC is very short and will be shorter, обсуждаемые в данной статье технологии очень важны для решения проблемы защиты EMI.