PCBA Teknoloji - Çok katı PCB tasarımı için EMI çözüm

EMI sorunu çözmek için birçok yol var. Modern EMI baskı metodları: EMI baskı kapısını kullanarak, uygun EMI baskı rezil parçalarını seçerek, EMI simülasyon tasarımı, etc.

PCB elektrik otobüsü

IC'nin pinsinin yakınlarındaki mantıklı kapasite yerleştirilmesi IC çıkış voltasyonu daha hızlı atlatabilir. Ama bu sorunun sonu değil. Kapacitörün sınırlı frekans cevabı yüzünden, kapasitörün tüm frekans grubunda IC çıkışını temiz sürüştürmek gereken harmonik gücü üretmesi mümkün değil. Ayrıca, güç çarpıştırıcısında oluşturduğu geçici voltaj, ikisinin de indikatörün ortak modu EMI araştırma kaynağı oluşturur. Bu sorunları nasıl çözelim?

EMI sorunu çözmek için birçok yol var. Modern EMI baskı metodları: EMI baskı kapısını kullanarak, uygun EMI baskı rezil parçalarını seçerek, EMI simülasyon tasarımı, etc.

elektrik otobüsü

IC'nin pinsinin yakınlarındaki mantıklı kapasite yerleştirilmesi IC çıkış voltasyonu daha hızlı atlatabilir. Ama bu sorunun sonu değil. Kapacitörün sınırlı frekans cevabı yüzünden, kapasitörün tüm frekans grubunda IC çıkışını temiz sürüştürmek gereken harmonik gücü üretmesi mümkün değil. Ayrıca, güç çarpıştırıcısında oluşturduğu geçici voltaj, ikisinin de indikatörün ortak modu EMI araştırma kaynağı oluşturur. Bu sorunları nasıl çözelim?

Yazılı devre tabağımızdaki IC için, IC etrafındaki güç katmanı temiz çıkış için yüksek frekans enerjisini sağlayan diskrete kapasitelerden sızdırılan enerjinin bir parças ını toplayabilir. Ayrıca iyi bir güç katmanının incelemesi daha küçük, yani induktans tarafından sintezleştirilen geçici sinyal daha küçük, bu da ortak EMI modunu azaltır.

Elbette, PCB elektrik katmanı ve IC elektrik katmanı arasındaki bağlantı mümkün olduğunca kısa olmalı, çünkü dijital sinyal daha hızlı ve hızlı yükseliyor, tercih ederse, IC elektrik patmanı ayrı olarak tartıştırılır.

Ortak EMI modunu kontrol etmek için, güç katı iyi tasarlanmış bir çift güç katı olmalı ki, ayrılmaya yardım etmek ve yeterince düşük etkinliğe sahip olmak için. Bir kişi sorabilir ki, bu ne kadar iyi? Sorunun cevabı güç teslimatının katlarına, katlar arasındaki materyal ve operasyon frekansiyetine bağlı (yani IC'nin yükselmesi zamanının fonksiyonu). Genelde güç katları arasındaki boşluğu 6 mil ve sandviç FR4 materyalidir. Elektrik katmanının eşit kapasitesi kare santimetre yaklaşık 75pF. Görünüşe göre, katmanın boşluğu daha küçük, kapasitenin daha büyük.

100 ile 300 saniye arasındaki yükselme zamanında birçok cihaz yok, fakat şimdiki geliştirme hızına göre, 100 ile 300 PS arasındaki aygıtlar yükselmesine göre yüksek bir bölüm alınacak. 100 ile 300 PS yükselen devreler için, çoğu uygulamalar için 3 mil katı boşluğu artık uygulamayacak. O zamanlar, 1 milden az uzakta bir katman tekniğini kullanmak ve FR4 dielektrik materyalleri yüksek dielektrik konstantlerle materyallerle değiştirmek gerekiyordu. Şimdi keramik ve keramik plastikler 100-300 PS artış zamanı devrelerinin tasarım ihtiyaçlarına uyabilir.

Gelecekte yeni materyaller ve yeni metodlar tanıştırılabilir olsa da, bugünkü ortak moda EMI'nin 1-3 ns yüksek zamanlı devreler için çok düşük olabilir, 3-6 mil katı boşluğu ve FR4 dielektrik materyaller, genelde yüksek sonu harmonik denetlemek için yeterli ve geçici sinyalleri yeterince düşük tutabilir. Bu kağıt içinde verilen PCB tasarım örneğin in 3 ile 6 mil uzağını tahmin ediyor.

PCB Elektromagnetik Gemi

Sinyal yönlendirme noktasından, güç ya da toprak katının yanında olan tüm sinyalleri bir ya da birkaç katta yerleştirmek için iyi bir katman stratejisi olmalı. 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

Ne stratejiler korumaya ve EMI'yi bastırmaya yardım edebilir? Aşa ğıdaki katlanma şemaları, enerji akışı bir katta akışır ve tek voltaj ya da çoklu voltaj aynı katmanın farklı bölümlerinde dağıtılır. Çoklu güç katlarının davası sonra tartışılacak.

4 katı PCB tahtası

4 katı tasarımı ile birkaç potansiyel sorun var. İlk olarak, güç katı ve yerleştirme katı arasındaki mesafe dışarıda ve güç ve yerleştirme katı içeride olsa bile çok büyük.

Eğer maliyetin ihtiyacı ilk olursa, standart 4 katı tabaklarının iki alternatifi düşünün. İkisi de EMI baskı performansını geliştirebilir, fakat sadece tahtadaki elementlerin yoğunluğu yeterince düşük olduğunda ve gerekli bakra çarpı elektrik sağlığını yerleştirmek için elementlerin etrafında yeterince alan var.

İlk, PCB'nin dış katı bir stratum ve orta katı bir sinyal/güç katı olduğu tercih edilen taslamadır. Sinyal katmanındaki güç teslimatı geniş bir çizgi tarafından bağlanmış, bu da enerji a ğırlığının yolunu düşürmeye ve sinyal mikrostrup yolunu düşürmeye neden oluyor. EMI kontrolünün görüntüsünden bu, en iyi dört katı PCB yapısı. İkinci taslağı sinyali yürütmek için dışarıdaki katı ve orta katı kullanır. Gelenekli 4 katı tabakasıyla karşılaştırıldı, gelişme daha küçük ve katı imfazı geleneksel 4 katı tabakası kadar fakir.

Eğer çizgi impedance kontrol edilirse, yukarıdaki çizgiler enerji sağlığı ve toprak bakır adaları altına dikkatli yerleştirir. Ayrıca, elektrik sağlığı veya stratum üzerindeki bakra adaları DC ve düşük frekans bağlantısını sağlamak için mümkün olduğunca yakın olarak bağlantılı olmalı.

6 katı PCB tahtası

Eğer 4 katı panelindeki komponent yoğunluğu yüksek ise, 6 katı panelini kullanmak daha iyi olur. Ancak, 6 katı panel tasarımındaki bir takım tasarımlarından bazıları elektromagnetik alanı yeterince iyi korumaz ve enerji otobüsünün geçici sinyalinin azaltmasına ufak etkisi var. İki örnek aşağıda tartışılıyor.

İlk örnek, enerji temsili ve toprak 2 ve 5 katlarına yerleştirir. Bu, enerji temsili yüksek bakra kaplı engellenmesi nedeniyle ortak modunun EMI radyasyonunun kontrolüne çok zarar verir. Bu yöntem çok doğru.

İkinci örnekte, enerji temsili ve toprak 3 ve 4 katlara yerleştirilir. Bu tasarım bakra çarpılmış güç sağlamının problemini çözer. 1 ve 6 katların zayıf elektromagnetik kaldırma performansı yüzünden, farklı modun EMI arttırıldı. Eğer iki dış kattaki sinyal çizgilerin sayısı en azındaysa, çizgi uzunluğu çok kısa (sinyalin en azından 1/20'den az). Bu tasarım farklı modunun EMI problemini çözer. Dışarıdaki komponentsiz ve kablosuz bölgeler üzerinde yerleştirilen bakra çarpı bölgesinde (her yirmi dalga uzunluğu aralığı) farklı EMI modunu özellikle iyi bastırır. Daha önce bahsettiği gibi, bakra sallama bölgesi iç yerleştirme katı çok noktaları ile bağlı olmalı.

Üniversitel yüksek performans 6 katı tasarımı genellikle 1 ve 6 katı strata ve 3 ve 4 katı güçlendirildi ve yerleştirildi. EMI baskısı harika, çünkü enerji katmanı ve yakın strata arasında iki katmanın merkezli iki mikrostrup sinyal çizgileri var. Bu tasarımın geri çekilmesi çizgi katında sadece iki katı var. Daha önce tanımladığı gibi, dışarıdaki katı kısa ve bakır kablosuz bölgesinde takılırsa, geleneksel 6 kullanılır. Düzlükler de aynı çubuğa ulaşabilir.

6 katı düzenlemesi ise sinyal, yere, sinyal, güç, yere, sinyal, gelişmiş sinyal integritet tasarımı için gereken çevreyi etkinleştirir. Sinyal katı toprak katına yakın ve güç katı ve arayüz katı çiftildir. Görünüşe göre geri çekilmesi, katların toplaması dengelenmedir.

Bu genelde işleme ve üretim sorunlarına sebep olur. Çözüm üçüncü kattaki boş bölgeleri bakra ile doldurmak. Eğer üçüncü katının bakra yoğunluğu güç ya da toprak katına yakın olsa yapısal düzenli devre tahtası olarak düşünebilir. Bakar doldurma alanı ya elektrik temsiline ya da yere bağlı olmalı. Bağlantı deliklerin arasındaki mesafe dalga uzunluğunun 1/20'idir ve her zaman hiçbir yerde bağlanmıyor. Bağlanın ama ideal olarak bağlanın.

10 katı PCB tahtası

Çünkü çoklu katlar arasındaki izolasyon katı çok ince, devre tahtasının 10 ya da 12 katı arasındaki imkansızlık ve katlar çok düşük ve katlar ve çukurlar yanlış olmadığı sürece mükemmel sinyal integritesi tamamen beklenir. 12 katı 62mil kalınlığında işlemek daha zor ve daha az üreticiler 12 katı işleyebilir.

Çünkü sinyal katı ve döngü katı arasında her zaman izolatıcı bir katı vardır, sinyal çizgisini yürütmek için 10 katı tasarımın ortasında altı katı teslim etmek optimal değil. Ayrıca, dönüş katına yakın sinyal katı olmak önemli. Yani, tahtın düzeni sinyal, yer, sinyal, sinyal, yer, sinyal.

Bu tasarım sinyal a ğırlığı ve döngü ağırlığı için iyi bir yol sağlar. Doğru yönlendirme stratejisi, ilk katın X yönünü takip ediyor, üçüncü katın Y yönünü takip ediyor, dördüncü katın X yönünü takip ediyor. Görünüşe göre, 1 ve 3 katı bir çift katı, 4 ve 7 katı bir çift katı, 8 ve 10 katı son çift katlardır. Çizginin yönünü değiştirmek zorunda olduğunuz zaman ilk kattaki sinyal çizgi üçüncü kattan sonra yönünü "delikten geçmek" ile değiştirmeli. Aslında bu her zaman mümkün olmayabilir, ama tasarım konsepti kadar mümkün olduğunca mümkün olduğunca uygulanmalıdır.

Aynı şekilde, sinyalin yöntemi değiştiğinde sinyal 8. kattan ve 10. kattan veya 4. kattan 7. katına deliklerle yollanmalı. Bu dönüşün sinyal ve dönüşün ön yolun arasındaki bağlantısının en sıkı olduğunu sağlıyor. Örneğin, eğer sinyal 1 katta ve döngü 2 katta ve sadece 2 katta olsa da, 1 katta sinyal "delikler" ile bile "3 katta dönüşürse, devre hala 2 katta, düşük induktans, büyük kapasitet ve iyi elektromagnetik kaldırma performansının özelliklerini koruyor.

Ya bu olay değilse? Örneğin, ilk kattaki sinyal çizgi delikten 10. katına geçiyor, sonra dönüş sinyali 9. katından yeryüzü uça ğını aramak zorunda, ve dönüş akışı delikten en yakın topu bulması gerekiyor (yanlış dirençlik ya da kapasitesi gibi parçalar için toprak çizgisi gibi) Eğer böyle bir delik yakın durumda olursa, gerçekten şanslıdır. Eğer bu kadar yakın delik bulunmazsa, induktans artırır, kapasite azalır ve EMI artırır.

Sinyal çizgisinin şu anki iki katı diğer katlara delikler üzerinden bırakılması gerektiğinde, yerleştirme delikleri deliklere yakın yerleştirilmeli, böylece dönüş sinyali uygun bir bağlantı katına doğrudan dönüştürülebilir. 4 ve 7 katlar i çin sinyal dönüşü güç veya yerleştirme katından (yani 5. katı veya 6. katı) geri dönecek çünkü güç katı ve arayüz katı arasındaki kapasitel bağlantı iyi, sinyal yayılmak kolay.

Çoklu Güç Layer tasarımı

Eğer aynı voltaj kaynağındaki iki güç katı büyük akışları çıkarmak zorunda ise devre tahtası iki güç katı ve bağlantı katları içinde yerleştirilmeli. Bu durumda, her iki güç katı ve bağlantı katları arasında izolatma katı yerleştirilir. Bu, beklediğimiz gibi eşit impedans ile iki güç çarpışmasına neden olur. Eğer güç katlarının sıkıştırması farklı impedansları neden olursa, sıkıştırma farklı olacak. Geçici voltaj çok büyük ve EMI dramatik olarak artıyor.

Eğer devre masasında farklı değerlerle çoklu enerji teslimatı voltasyonunda varsa, çoklu güç katları buna göre gerekli, her iki güç katı ve bağlantı katı farklı enerji kaynakları için yaratılır. İki durumda, devre tahtasında çift güç katlarının ve bağlantı katlarının pozisyonunu belirleyerek üreticinin dengelenmiş bir yapıya ihtiyaçlarını hatırla.

toplama

Çoğu mühendisler 62mil kalın ve kör delikler veya gömülmüş delikler olmayan devre tahtalarını tasarladığından dolayı, PCB'nin katlanma ve sıkıştırma konusunda bu konuda sınırlı. Bu kağıtlarda önerilen katlanma şemaları büyük kalın farklı devre tahtaları için ideal olmayabilir. Ayrıca, bu kağıt içinde bulunan katlama metodları kör delikler veya gömülmüş delikler ile yazılmış devre tahtalarının farklı işlemleri yüzünden uygulanmayacak değildir.