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

Правильно разместив конденсатор соответствующей емкости рядом с этим выводом питания ИС , вы заставите выходное напряжениеIC скакать быстрее. Однако на этом проблемы не заканчиваются. Из-за ограниченной частотной чувствительности конденсатора он не может генерировать гармоники, необходимые для чистого управления выходом IC во всей полосе частот. Кроме того, переходные напряжения, возникающие на шине питания, вызывают падение напряжения на индукторе развязывающей линии, а эти переходные напряжения являются основными источниками помех общего режима EMI. как же решить эти проблемы?

Что касается ИС в нашей схеме , то слой питания вокруг ИС можно рассматривать как отличный высокочастотный конденсатор, который может собрать часть энергии, пропущенной дискретным конденсатором, который обеспечивает высокочастотную энергию для чистого выхода.

Конечно, связь между силовым уровнем и указателем питания должна быть как можно короче,потому что нарастающий фронт цифрового сигнала становится все быстрее и быстрее, лучше прямо подключить расположение указателя питания. Это нужно обсуждать отдельно.

Время нарастания от 100 до 300 пс, но в соответствии с современными темпами развития, устройства с временем нарастания в диапазоне от 100 до 300 пс будут занимать большую долю. для схемы с временем нарастания от 100 до 300 с, расстояние между слоями 3 мил уже не подходит для большинства приложений. тогда необходимо было принять технологию наслоения с расстоянием между слоями менее 1 мил, заменить FR4 на диэлектрические материалы с высокой диэлектрической проницаемостью. Теперь керамика и керамический пластик могут удовлетворить требования к схемам с временем нарастания 100 - 300 с.

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.

Электромагнитное экранирование

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 за укладку

Какая стратегия укладки помогает экранировать и подавлять электромагнитные помехи? Следующая схема послойной укладки предполагает, что ток источника питания протекает по одному слою, различным графитовым носовым самолетам с единым распределением напряжения или несколькими напряжениями в одном слое. Случай нескольких слоев питания будет рассмотрен позже.

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, вы можете рассмотреть следующие два традиционных 4-слойных варианта выбора.Оба эти решения могут улучшить показатели подавления электромагнитных помех, но они применяются только для того, чтобы плотность компонентов доски была достаточно низкой, а вокруг компонентов имелась достаточная площадь (разместите необходимый медный слой блока питания).

Первый вариант является предпочтительным решением. Внешние слои печатной платы - это слой заземления, а два средних слоя - это сигнальный/силовой слои. Источник питания на сигнальном слое проложен широкой линией, что снижает импеданс пути тока источника питания, а импеданс сигнального микрополоскового пути также низок. с точки зрения контроля ЭМИ это лучшая 4-слойная структура печатной платы. Во второй схеме внешний источник питания и земля, а в двух средних слоях используются сигналы. По сравнению с традиционной 4-слойной платой, улучшение меньше, межслойный импеданс отличается от традиционной четырехслойной структуры платы.

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 блок питания и поверхность земли расположены на 2-м и 5-м слоях соответственно.Из - за высокого медного сопротивления питания, очень неблагоприятно контролировать синфазное ЭМИ излучение.Однако, с точки зрения управления импедансом сигнала, этот метод очень правильный.

Во втором примере источник питания и земля находятся на третьем и четвертом этажах соответственно. Если количество сигнальных линий на двух внешних слоях наименьшее, а длина трасс очень мала (менее 1/20 длины волны высшей гармоники сигнала), то такая конструкция может решить проблему дифференциального ЭМИ. Заполнение покрытой медью области без компонентов и трасс на внешнем слое и покрытой медью поверхности земли (через каждые 1/20 длины волны в качестве интервала) особенно хорошо подавляет ЭМИ дифференциальной моды. Как отмечалось выше, необходимо соединить медную область с внутренней плоскостью заземления в нескольких точках.

Высокопроизводительная 6-слойная плата общего назначения. Первый и шестой этажи используются в качестве макета земли, третий и четвертый этажи используются для питания и заземления. Поскольку в середине между силовым слоем и слоем заземления находятся два двойных слоя микрополосковых сигнальных линий, это обеспечивает отличные возможности защиты от электромагнитных помех. Недостатком этой конструкции является наличие только двух слоев маршрутизации. Как отмечалось выше, если внешние трассы короткие и медь проложена в области без трасс, тот же набор можно реализовать с помощью традиционной шестислойной структуры платы.

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.

Решением проблемы является заполнение всех пустых участков третьего слоя медью. После заполнения медью, если плотность меди третьего слоя близка к силовому слою или слою заземления, эта плата не может строго считаться структурно сбалансированной печатной платой. Область заполнения медью должна быть соединена с силовым слоем или слоем заземления. Расстояние между отверстиями по-прежнему составляет 1/20 длины волны и может быть не обязательно соединяться везде, но в идеальных условиях оно должно быть соединено.

10 этаж доска

Поскольку изоляционный слой между многослойными доскамиS очень худой, импеданс между 10 или 12 слоями схемы доска цена низкая.Пока нет проблем с наслоением и укладкой, можно ожидать хорошей целостности сигнала. Изготовить 12-слойную доску толщина 62 мм сложнее, и существует не так много производителей, которые могут обрабатывать 12-слойные доски.

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 разводки заключается в том, чтобы прокладывать провода в направлении X на первом слое, в направлении Y третьего слоя, и в направлении X на четвертом слое, и так далее. Если смотреть на маршрутизацию интуитивно, то первый слой 1 и третий слой представляют собой пару слоистых комбинаций, четвертый и седьмой слои - пару слоистых комбинаций, 8 - й и 10 - й этажи - последняя пара слоёв. Когда необходимо изменить направление маршрутизации, сигнальная линия первого слоя должна быть передана через «отверстие» на третий этаж, а затем изменить направление. На самом деле, это не всегда возможно, но как дизайнерская концепция, она должна быть соблюдена настолько, насколько это возможно.

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, что мне делать? Например, сигнальная линия на первом слое проходит через сквозное отверстие на 10-й слой. Заземляющие контакты компонентов, таких как резисторы или конденсаторы). Если поблизости есть такое отверстие, Тебе повезло. Если такого отверстия нет, индуктивность увеличится, емкость уменьшится, 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.

Многослойная конструкция

Если два силовых слоя одного источника напряжения должны выдавать большие токи, плата цепи должна быть разделена на два набора силовых слоев и слоев заземления. В этом случае между каждой парой силовых слоев и слоев заземления помещается изолирующий слой. Таким образом, мы получаем две пары силовых шин с одинаковыми импедансами, которые делят ожидаемый ток. Если нагромождение слоя мощности приводит к неодинаковому сопротивлению, то шунт будет неравномерным, переходное напряжение будет гораздо больше, и ЭМИ резко возрастет.

Если на трек доске имеется несколько напряжений питания с разными значениями, Поэтому требуется несколько слоёв питания.Не забывайте создавать собственные парные слои питания и земли для разных источников питания.В двух вышеперечисленных случаях при определении положения парного слоя питания и слоя заземления на схеме доски, помните требования производителей к сбалансированной структуре.

Резюме

Учитывая тот факт, что большинство печатных плат, разрабатываемых инженерами, представляют собой традиционные печатные платы с толщиной 62 мил и без глухих или заглубленных отверстий, Обсуждение схемы укладки и укладки в этой статье ограничено этим.Для печатных плат с большой разницей в толщине схема укладки, рекомендованная в данной статье, может оказаться не идеальной.Кроме того, процесс обработки печатных плат с глухими или заглубленными отверстиями отличается, и метод наслоения в данной статье не применим.

Толщина, процесс передачи данных и количество слоев в конструкции печатной платы не являются ключом к решению проблемы.Превосходная послойная укладка призвана обеспечить шунтирование и развязку шины питания, а также минимизировать переходное напряжение на силовом слое или слое заземления.И ключ к экранированному сигналу и электромагнитному полю питания. В идеале между слоем маршрутизации сигнала и слоем обратного заземления должен быть изолирующий слой, а расстояние между парными слоями (или более чем одной парой) должно быть как можно меньше. Основываясь на этих базовых понятиях и принципах, схема доски Таким образом, можно всегда удовлетворять требованиям проектирования, можно осуществлять проектирование. Теперь, когда время нарастанияIC очень мало и будет еще меньше, обсуждаемые в данной статье технологии очень важны для решения проблем защиты EMI.