Elektronik tasarım - PCB katlı stacking tasarımın rolü EMI'yi bastırmak için

EMI sorunlarını çözmek için birçok yol var. Modern EMI baskı metodları: EMI baskı kodlamaları kullanarak, uygun EMI baskı parçalarını seçerek ve EMI simülasyon tasarımı. En temel PCB düzeninden başlayınca, bu makal EMI radyasyonunu kontrol etmek üzere PCB katlı düzenleme tekniklerinin rolü ve tasarlama tekniklerini tartışıyor.

Güç otobüsü

IC'nin enerji tasarımının yakınlarında uygun kapasitesinin kapasitesini düzgün yerleştirmesi IC çıkış voltajını daha hızlı atlatabilir. Ama sorun burada bitmiyor. Kapacitörün sınırlı frekans cevabı yüzünden, kapasitör IC çıkışını tamamen frekans grubunda temiz sürmek için gereken harmonik gücü üretemez. Ayrıca, elektrik otobüsünde oluşturduğu geçici voltaj, çözümleme yolunun induktansının üzerinde voltaj düşürülecek ve bu geçici voltalar, EMI araştırma kaynağı temel ortak modudur. Bu sorunları nasıl çözelim?

Dönüş tahtasındaki IC ile ilgili, IC etrafındaki güç katmanı temiz çıkış için yüksek frekans enerjisini sağlayan diskretli kapasitör tarafından sızdırılan enerjinin bir parças ını toplayabilir. Ayrıca iyi bir güç katmanının incelemesi küçük olmalı. Bu yüzden induktans tarafından sintezleştirilen geçici sinyal de küçük, bu yüzden ortak EMI modunu azaltmak için kullanılan.

Elbette, elektrik katmanı ve IC elektrik patmanı arasındaki bağlantı mümkün olduğunca kısa olmalı, çünkü dijital sinyalinin yükselen kısmı hızlı ve hızlı geliyor, ve bunu IC elektrik pinsinin bulunduğu patlamaya doğrudan bağlamak en iyisi. Bu konuyu ayrı olarak tartışmalı.

Ortak modu EMI kontrol etmek için, güç uça ğı ayrılmaya yardım etmeli ve yeterince düşük bir etkisi olmalı. Bu güç uça ğı iyi tasarlanmış bir çift güç uçağı olmalı. Biri sorabilir ki, ne kadar iyi? Sorunun cevabı güç tasarımının, katlar arasındaki materyaller ve operasyon frekansiyetine bağlı (yani IC'nin yükselmesi zamanının bir fonksiyonu). Genelde elektrik katmanın uzanımı 6 mil ve karışık katmanı FR4 materyalidir. Her kare inç elektrik katmanının eşit kapasitesi yaklaşık 75pF. Görünüşe göre, katmanın boşluğu daha küçük, kapasitenin daha büyük.

100'den 300'den yükselen bir sürü cihaz yok, ama şu anda IC geliştirme hızına göre, 100'den 300'den yükselen cihazlar yükselen bir bölüm yüksek olacak. 100 ile 300p yükselen devreler için 3 mil katı uzağı çoğu uygulamalar için uygun olmayacak. O zamanlar, sütun teknolojisini 1 milden az bir katman uzaklığıyla kullanmak ve FR4 dielektrik materyalleri yüksek dielektrik constant ile materyallerle değiştirmek gerekiyordu. Şimdi, keramik ve keramik plastik tasarım gerekçelerini 100'e 300'e kadar arttırma zamanı devrelerinde uygulayabilir.

Yeni materyaller ve yeni metodlar gelecekte kullanılabilir olsa da, bugünkü 1-3 ns sıradaki zaman devreleri yükseliyor, 3-6 mil katı boşluğu ve FR4 dielektrik materyalleri, genelde yüksek sonu harmonikleri yönetmek ve geçici sinyali yeterince düşürmek için yeterince yeterli, yani, ortak moda EMI çok düşük olabilir. Bu makalede verilen PCB katlı dizayn örnekleri 3 ile 6 mil boyunca bir katı uzağını tahmin edecek.

Elektromagnetik koruması

Sinyal izlerinin perspektivinden iyi bir katma stratejisi, tüm sinyal izlerini bir ya da birkaç katta yerleştirmek gerekir. Bu katlar enerji katı ya da toprak katının yanındadır. Elektrik tasarımı için iyi bir katlama stratejisi, güç katı toprak katına yakın ve güç katı ve toprak katı arasındaki mesafe mümkün olduğunca küçük olmalı. Buna "layering" strateji deniyoruz.

PCB sıkıştırma

Eİ'yi korumaya ve bastırmaya ne yardım ediyor? Aşa ğıdaki katlanma tasarımı, enerji tekrar bir kattaki akışlarını ve tek voltaj ya da çoklu voltaj aynı katmanın farklı bölgelerinde dağıtılır. Çoklu güç katlarının davası sonra tartışılacak.

4 katı tahtası

4 katı tahta tasarımı ile birkaç potansiyel sorun var. İlk önce, geleneksel dört katlı tahta 62 mil kalınlığıyla, sinyal katı dışarıdaki katta olsa bile ve güç ve yer katları iç katta, güç katı ve yer katı arasındaki mesafe hâlâ çok büyük.

Eğer maliyetin ihtiyacı ilk olursa, bu iki geleneksel 4 katı tahta alternatifi düşünebilirsiniz. Bu iki çözüm EMI baskısının performansını geliştirebilir, fakat sadece tahtadaki komponent yoğunluğunun yeterince düşük olduğu uygulamalar için uygulayabilir ve komponentlerin etrafında yeterince alan var (gerekli elektrik bakır katmanı yerleştirin).

İlk, tercih edilen çözüm. PCB'nin dışındaki katları toprak katlardır ve orta iki katı sinyal/güç katlardır. Sinyal katmanındaki güç teslimatı geniş bir çizgi ile yönlendirildir. Bu da enerji teslimatının yolunu düşük yapabilir, ve sinyal mikrostrup yolunun engellemesi de düşük. EMI kontrolünün perspektivinden, bu en iyi 4 katı PCB yapısıdır. İkinci taslağa göre dış katı güç ve yer kullanır ve orta iki katı sinyaller kullanır. Gelenekli 4 katı tahtasıyla karşılaştırıldı, gelişme daha küçüktür, ve karşılaştırma impedansı geleneksel 4 katı tahtası kadar fakir.

Eğer izler impedansını kontrol etmek istiyorsanız, yukarıdaki toprak planı güç ve toprak adaların altında izleri düzenlemek için çok dikkatli olmalı. Ayrıca, elektrik teslimatı ya da toprak katı üzerindeki bakra adaları DC ve düşük frekans bağlantısını sağlamak için mümkün olduğunca bağlantılı olmalı.

6 katı tahtası

Eğer 4 katı tahtasındaki komponentlerin yoğunluğu relativ yüksektirse, 6 katı tahtası en iyidir. Ancak 6 katlı tahta tasarımında bazı takım tasarımlar elektromagnetik alanı korumak için yeterince iyi değildir ve enerji otobüsünün geçici sinyalini azaltmak üzere küçük etkisi vardır.

Genel yüksek performanslı 6 katı tasarımı genellikle ilk ve altıncı katı yeryüzü katı olarak kaldırır ve üçüncü ve dördüncü katı güç ve toprak için kullanılır. İki mikrostrip sinyal hattı katı ortasında elektrik katı ve toprak katı arasında iki katı var, EMI baskı kapasitesi harika. Bu tasarımın zorluğu, sadece iki yönlendirme katı vardır. Daha önce bahsettiği gibi, dışarıdaki izler kısa ve bakır izlemez bölgede yerleştirilirse, aynı toplama da geleneksel 6 katı tahtasıyla başarılabilir.

6 katı tahta düzeni diğer sinyal, yere, sinyal, güç, yere, sinyal, gelişmiş sinyal integritet tasarımı için gereken çevreyi anlayabilir. Sinyal katı toprak katına yakın ve güç katı ve toprak katı çiftildir. Açıkçası, boşluğun dengesiz bir katı.

Bu genelde üretim için sorun getirir. Sorunun çözümü üçüncü katmanın boş bölgelerini bakra ile doldurmak. Bakar doldurduğundan sonra, üçüncü katının bakra yoğunluğu güç katı ya da toprak katına yakın olsa, bu tahta yapısal düzenli devre tahtası olarak ciddi sayılamaz. Bakar dolu bölgesi güç ya da yerle bağlı olmalı. Bağlantı viaları arasındaki mesafe hâlâ 1/20 dalga uzunluğudur ve her yerde bağlanmak gerekli olabilir, ama ideal koşullar altında bağlanmalı olabilir.

Toplaştırma

Devre tahtasında devre tahtasındaki devre tahtasının katı ve süreç aracılığıyla kalıntısı sorunu çözmek için anahtar değildir. Güç otobüsünün kapatılmasını ve kapatılmasını sağlamak ve geçici voltajı elektrik katmanın veya toprak katmanın üzerinde azaltmak mükemmel bir katman. Ve sinyal ve elektromagnet alanını korumak için anahtar. Ideal olarak, sinyal yönlendirme katı ve geri dönüş katı arasında izolatıcı bir katı olmalı ve çift katı boşluğu (ya da bir çiftten fazla) mümkün olduğunca küçük olmalı. Bu temel fikirler ve prensiplere dayanarak her zaman dizayn taleplerini uygulayabilecek devre tahtasına dayanabilir. Şimdi, IC'nin yükselmesi çok kısa ve kısa olacağı zaman, bu makaledeki tartışma teknolojisi EMI koruması sorunu çözmek için önemli.