PCB科技 - 用於控制EMI輻射的PCB層堆疊科技

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 <一 href="/tw/" target="_blank">PCB佈局, 本文討論了PCB分層堆疊在控制EMI輻射中的作用和設計科技.

電源匯流排

在集成電路的電源引脚附近適當放置適當容量的電容器可以使集成電路輸出電壓跳變更快。 然而，問題並沒有就此結束。 由於電容器的頻率回應有限，電容器無法產生在全頻段清潔驅動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一個優秀的高頻電容器，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較小，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，最好直接連接到IC電源引脚所在的焊盤。 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。 該功率平面必須是一對設計良好的功率平面。 有人可能會問，好到底有多好？ 這個問題的答案取決於電源的分層、層之間的資料和工作頻率（即，IC上升時間的函數）。

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, 對於當今常見的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, 換句話說, 共模電磁干擾可以降低到非常低的水准. 這個 PCB分層堆疊設計 本文中給出的示例將假設層間距為3到6密耳.

從訊號跟踪的角度來看，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電源層與地面層相鄰，並且電源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。

PCB堆疊的堆疊策略有助於遮罩和抑制EMI？ 以下分層疊加方案假設電源電流在單層上流動，並且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層板

4層板設計存在幾個潜在問題。 首先，傳統的厚度為62密耳的四層板，即使訊號層在外層，電源層和接地層在內層，電源層和接地層之間的距離仍然過大。

如果成本要求是第一位的，您可以考慮以下兩種傳統的4層板替代方案。 這兩種解決方案可以提高EMI抑制效能，但它們僅適用於板上元件密度足够低且元件周圍有足够面積（放置所需的功率銅層）的應用。 第一種是首選解決方案。 PCB的外層都是接地層，中間兩層是訊號/電源層。 訊號層上的電源採用寬線佈線，這可以使電源電流的路徑阻抗較低，並且訊號微帶路徑的阻抗也較低。 從EMI控制的角度來看，這是可用的最佳4層PCB結構。 在第二種方案中，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層板一樣差。 如果要控制軌跡阻抗，上述疊加方案必須非常小心地將軌跡佈置在電源和接地銅島下。 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。

6層板

如果4層板上的組件密度相對較高，則最好使用6層板。 然而，6層板設計中的一些堆疊方案不足以遮罩電磁場，並且對减少電源匯流排的瞬態訊號幾乎沒有影響。

10層板

由於多層板之間的絕緣隔離層非常薄，囙此電路板的10層或12層之間的阻抗非常低。 只要分層和疊加沒有問題，就完全可以獲得良好的信號完整性。 製造厚度為62mil的12層板更為困難，能够加工12層板的製造商也不多。

如果沒有此類緊密通孔可用, 電感將變大, 電容將减小, 電磁干擾肯定會新增. 當訊號線必須離開 PCB佈線 層通過過孔連接到其他佈線層, 接地過孔應放置在過孔附近，以便回路訊號能够順利返回到適當的接地層. 對於第4層和第7層的分層組合, the signal loop will return from the power layer or the ground layer (that is, the 5th or 6th layer), 因為功率層和接地層之間的電容耦合良好, 訊號易於傳輸 .