PCB Teknik - Çok katlı PCB devre tahtalarının tasarımında EMI çözümleri

Güç otobüsü

IC'nin enerji tasarımının yakınlarında uygun kapasitesinin kapasitesini düzgün yerleştirmesi IC çıkış voltajını daha hızlı atlatabilir. Ama sorun burada bitmiyor. Kapacitörlerin sınırlı frekans cevapı özelliklerinden dolayı, IC çıkışını tamamen frekans grubunda temiz sürüştürmek için gereken harmonik gücü üretemez. Ayrıca, elektrik otobüsünde oluşturduğu geçici voltaj, çözümleme yolunun indukatörünün üzerinde voltaj düşürmesini sağlayacak. Bu geçici voltalar, EMI araştırma kaynağı temel ortak modudur. Bu sorunları nasıl çözelim?

Döngümüzdeki IC ile ilgili olduğu sürece, IC etrafındaki güç katmanı temiz çıkış için yüksek frekans enerji 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). Normalde elektrik katmanın boşluğu 6 mil ve karışık katmanın FR4 materyalidir. Elektrik katmanının kare santimetre ekvivalent 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 katı uzaklığıyla evlenmek ve FR4 dielektrik materyalleri yüksek dielektrik konstantlerle 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 ortak 1-3 ns zaman devreleri yükseliyor, 3-6 mil katı uzay ve FR4 dielektrik materyaller, genelde yüksek sonu harmonikleri yönetmek ve geçici sinyali yeterince düşürmek için yeterli, yani, ortak modum 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

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. İkisi de bu çözümler EMI baskısının performansını geliştirebilir, fakat sadece tahtadaki komponent yoğunluğunun yeterince düşük olduğu uygulamalar için uygulayabilir ve komponentlerin etrafında yeterince alan var (gerekli elektrik temizleme bakı katını 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. İki örnek aşağıda tartışılıyor.

İlk örneğinde, enerji temsili ve toprak ikinci ve beşinci katlara göre yerleştirilir. Elektrik tasarımının yüksek bakra engellemesi yüzünden, ortak EMI radyasyonunu kontrol etmek çok faydasız. Bu yöntem çok doğru.

İkinci örnekte, enerji temsili ve toprak 3. ve 4. katta yerleştirilir. Bu tasarım güç sağlama bakıcısı impedansı sorunu çözer. 1. ve 6. katların zayıf elektromagnetik kalkanlık performansı yüzünden, farklı modun EMI arttırıldı. Eğer iki dış kattaki sinyal çizgilerinin sayısı en küçük ve izler uzunluğu çok kısa (sinyalin en yüksek harmonik dalgasının 1/20'den kısa), bu tasarım farklı modunun EMI problemini çözebilir. Bakar çarpılmış bölgeyi, dışarıdaki katta hiç bir parças ıyla doldurun ve bakar çarpılmış bölgeyi (her 1/20 dalga uzunluğunu bir aralık olarak) yerleştirin. Bu, özellikle farklı EMI modunu bastırmakta iyi. Daha önce bahsettiği gibi, bakra bölgesini birçok noktada iç toprak uçağıyla bağlamak gerekiyor.

General-purpose high-performance 6-layer board design Generally, the first and sixth layers are laid out as ground layers, and the third and fourth layers are used for power and ground. 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.

10 katı tahtası

Çoklukatılık tahtaların arasındaki izolasyon katı çok ince olduğundan beri devre tahtasının 10 ya da 12 katı arasındaki impedans çok düşük. Yükselme ve sıkıştırma ile ilgili bir sorun olmadığı sürece, mükemmel sinyal integritesi beklenebilir. 12 katı tahtaları 62mil kalınlığıyla üretilmek daha zor. 12 katı tahtaları işleyebilen bir sürü üretici yok.

Sinyal katmanı ve döngü katmanı arasında her zaman izolatıcı bir katmanı oluşturduğundan dolayı, 10 katmanlı tahta tasarımında sinyal hatlarını yollamak için orta 6 katmanın çözümü en iyi değildir. Ayrıca, dönüş katına yakın sinyal katmanı yapmak önemli, yani tahta düzeni sinyal, yere, sinyal, sinyal, güç, yere, sinyal, sinyal, yere ve sinyal oluşturmak.

Bu tasarım sinyal a ğırlığı ve döngü ağırlığı için iyi bir yol sağlar. Doğru yönlendirme stratejisi, ilk kattaki X yönündeki kabloları, üçüncü kattaki Y yönlerini, dördüncü kattaki X yönlerini ve bunlar gibi yollamak. 8. ve 10. katı son katlı kombinasyonlardır. Yönlendirme yönünü değiştirmek gerektiğinde, ilk kattaki sinyal çizgisi "via" üzerinden üçüncü katta taşınmalıdır ve sonra yönünü değiştirmelidir. Aslında, bunu her zaman yapmak mümkün değil, ama tasarım konsepti olarak, mümkün olduğunca takip edilmeli.

Aynı şekilde, sinyal yönlendirme yöntemi değiştiğinde, 8. ve 10. katından veya 4. katından 7. katına karşılaşır. Bu dönüş sinyal ve dönüş arasındaki en sıkı bağlantısını sağlar. Örneğin, eğer sinyal ilk kattaki yönlendirildiyse ve döngü ikinci kattaki yönlendirildiyse ve sadece ikinci kattaki, ilk kattaki sinyal "via" üzerinden üçüncü kattaki aktarılır. Bu döngü hala ikinci katta, düşük induktans, büyük kapasitet ve iyi elektromagnet koruması performansının özelliklerini korumak için.

Eğer gerçek sürücü böyle değilse, ne yapayım? Örneğin, ilk kattaki sinyal çizgi 10. katta delikten geçer. Saldırganlar veya kapasitörler gibi temel parçalar. Eğer yakın tarafından böyle bir şey varsa, gerçekten şanslısın. Eğer bu kadar yakın bir delik olmazsa, induktans daha büyük olacak, kapasitet azaldırılacak ve EMI kesinlikle artırılacak.

Sinyal çizgisinin şu anki çiftini diğer düzenleme katlarına karıştırması gerektiğinde, toprak çizgilerinin yakınlarına yerleştirilmesi gerekiyor, böylece dönüş sinyali düzgün yerleştirme katına düzgün bir şekilde dönüşebilir. 4. ve 7. katının katı kombinasyonu için sinyal dönüşü enerji katından ya da toprak katından dönecek (yani 5. ya da 6. katı), çünkü güç katı ve toprak katı arasındaki kapasitetli bağlantı iyi ve sinyal yayılmak kolay.

Çok güç katı tasarımı

Eğer aynı voltaj kaynağındaki iki güç katı büyük akışları çıkarmak zorunda ise devre tahtası iki güç katı ve toprak katına yerleştirilmeli. Bu durumda, her iki güç ve toprak katları arasında izolatma katı yerleştirilir. Bu şekilde, beklediğimiz karşılığı bölüştüren eşit impedans ile iki güç otobüs barı alacağız. Eğer güç katlarının sıkıştırılması impedansı farklı olmasına sebep olursa, sıkıştırılması üniforma olmayacak, geçici voltaj çok daha büyük olacak ve EMI kesinlikle yükselecek.

Eğer devre tahtasında farklı değerlerle çoklu elektrik teslimatı voltasyonunda varsa, çoklu elektrik teslimatı katları buna göre gerekli. Farklı güç malzemeleri için kendi çift güç temsilcisini ve yeryüzü katlarını yaratmayı hatırlayın. Yukarıdaki iki durumda, devre tahtasında çift güç katının ve toprak katının pozisyonunu belirlerken, üreticinin dengelenmiş yapıya ihtiyaçlarını hatırla.

Toplam

Mühendisler tarafından tasarlanmış devre tahtalarının çoğunun geleneksel bir devre tahtası 62 mil kalınlığı ve kör veya gömülmüş tavaları olmayan, devre tahtası katlaması ve bu maddelerde saklama tartışması buna sınırlı. Kalınlığın büyük farklı devre tahtaları için, bu maddelerde önerilen katlama tasarımı ideal olmayabilir. Ayrıca devre tahtasının işleme süreci kör delikler veya gömülmüş delikler ile farklıdır ve bu makaledeki katlama yöntemi uygulamayacak.

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.