PCB科技 - 如何解决多層PCB板設計中的電磁干擾問題

如何解决多層電磁干擾 印刷電路板設計
有許多方法可以解决電磁干擾問題. 現代電磁干擾抑制方法包括：使用電磁干擾抑制塗層, 選擇合適的EMI抑制部件, 電磁干擾模擬設計. 從最基本的開始 印刷電路板佈局, 本文討論了 印刷電路板 分層疊加在電磁干擾輻射控制中的應用.
Power bus
Properly placing a capacitor of appropriate capacity near the power supply pin of the IC can make the IC output voltage jump faster. 然而, 問題還不止於此. 由於電容器的頻率回應有限, 電容器無法產生在全頻段內清潔驅動IC輸出所需的諧波功率. 此外, 在電源匯流排上形成的瞬態電壓將在去耦路徑的電感上形成壓降, 這些瞬態電壓是主要的共模EMI干擾源. 我們應該如何解决這些問題?
就我們電路板上的集成電路而言, 集成電路周圍的功率層可以被視為優秀的高頻電容器, 它可以收集離散電容器洩漏的部分能量，為清潔輸出提供高頻能量. 此外, 良好功率層的電感應較小, 囙此，由電感合成的瞬態訊號也很小, 從而减少共模電磁干擾.
當然, 電源層和IC電源引脚之間的連接必須盡可能短, 因為數位信號的上升沿越來越快, 最好將其直接連接到IC電源引脚所在的焊盤上. 這需要單獨討論.
為了控制共模電磁干擾, 功率平面必須有助於解耦，並具有足够低的電感. 該電源平面必須是一對設計良好的電源平面. 有人可能會問, 多好才是好? 這個問題的答案取決於電源的分層, 層之間的資料, and the operating frequency (that is, a function of the IC rise time). 通常地, 功率層間距為6mil, 夾層為FR4資料, 功率層每平方英寸的等效電容約為75pF. 明顯地, 層間距越小, 電容越大.
上升時間為100到300 ps的設備並不多, 但根據現時集成電路的發展速度, 上升時間在100到300 ps範圍內的設備將佔據很大比例. 對於上升時間為100至300ps的電路, 3mil層間距將不再適用於大多數應用. 當時, 有必要使用層間距小於1密耳的分層科技, 並用高介電常數的資料取代FR4介電材料. 現在, 陶瓷和陶瓷塑膠可以滿足100至300 ps上升時間電路的設計要求.
儘管未來可能會使用新材料和新方法, 對於今天常見的1到3ns上升時間電路, 3到6mil層間距和FR4電介質資料, 它通常足以處理高端諧波，並使瞬態訊號足够低, 也就是說, 共模電磁干擾可以降低到非常低的水准. 這個 印刷電路板 本文中給出的分層堆疊設計示例將假設層間距為3到6密耳.

Electromagnetic shielding
From the perspective of signal traces, 一個好的分層策略應該是將所有訊號跟踪放在一個或多個層上, 這些層緊挨著電源層或地面層. 對於電源, 一個好的分層策略應該是功率層與地面層相鄰，並且功率層與地面層之間的距離盡可能小. 這就是我們所說的“分層”策略.

印刷電路板 stacking
What stacking strategy helps to shield and suppress EMI? 以下分層疊加方案假設電源電流在單層上流動, 單個電壓或多個電壓分佈在同一層的不同部分. 多功率層的情况將在後面討論.
4層印刷電路板板
There are several potential problems with the 4層 board design. 首先, 厚度為62密耳的傳統四層板, 即使訊號層在外層, 電源層和接地層位於內層, 電源層和地面層之間的距離仍然過大.
如果成本要求是第一位的, you can consider the following two traditional 4層印刷電路板板 alternatives. 這兩種解決方案都可以提高EMI抑制效能, but they are only suitable for applications where the component density on the board is low enough and there is enough area around the components (place the required power supply copper layer).
第一種是首選解決方案. 的外層 印刷電路板 是地面層, 中間兩層是訊號層/電源層. 訊號層上的電源採用寬線佈線, 這可以降低電源電流的路徑阻抗, 訊號微帶路徑的阻抗也很低. 從電磁干擾控制的角度來看, 這是最好的4層 印刷電路板 可用結構. 在第二個方案中, 外層使用電源和接地, 中間兩層使用訊號. 與傳統的4層板相比, 改進較小, 層間阻抗與傳統的4層結構一樣差 印刷電路板板.
如果你想控制軌跡阻抗, 上述堆疊方案必須非常小心，以在電源和接地銅島下安排軌跡. 此外, 電源或接地層上的銅島應盡可能互連，以確保直流和低頻連接.