Hvordan løser jeg EMI-problem i flerlags PCB-design?

Vet du hvordan du løser EMI-problemet ved flerlags PCB-design?

La meg fortelle deg!

Det er mange måter å løse EMI-problemer på.Moderne EMI-undertrykkelsesmetoder inkluderer: bruk av EMI-undertrykkelsesbelegg, valg av passende EMI-undertrykkelsesdeler og EMI-simuleringsdesign.Basert på det mest grunnleggende PCB-oppsettet, diskuterer denne artikkelen funksjonen til PCB-stabel for å kontrollere EMI-stråling og PCB-designferdigheter.

strømbuss

Utgangsspenningshoppet til IC kan akselereres ved å plassere passende kapasitans nær strømpinnen til IC.Dette er imidlertid ikke slutten på problemet.På grunn av den begrensede frekvensresponsen til kondensatoren, er det umulig for kondensatoren å generere den harmoniske kraften som trengs for å drive IC-utgangen rent i hele frekvensbåndet.I tillegg vil den transiente spenningen som dannes på kraftbussen forårsake spenningsfall i begge ender av induktansen til avkoblingsbanen.Disse transientspenningene er de viktigste vanligste EMI-interferenskildene.Hvordan kan vi løse disse problemene?

Når det gjelder IC på kretskortet vårt, kan kraftlaget rundt IC betraktes som en god høyfrekvent kondensator, som kan samle opp energien som lekkes av den diskrete kondensatoren som gir høyfrekvent energi for ren utgang.I tillegg er induktansen til et godt kraftlag liten, så det transiente signalet som syntetiseres av induktoren er også lite, og reduserer dermed fellesmodus EMI.

Selvfølgelig må forbindelsen mellom strømforsyningslaget og IC-strømforsyningspinnen være så kort som mulig, fordi den stigende kanten av det digitale signalet er raskere og raskere.Det er bedre å koble den direkte til puten der IC-strømpinnen er plassert, som må diskuteres separat.

For å kontrollere vanlig modus EMI, må kraftlaget være et godt utformet par kraftlag for å hjelpe frakobling og ha en tilstrekkelig lav induktans.Noen spør kanskje, hvor bra er det?Svaret avhenger av kraftlaget, materialet mellom lagene og driftsfrekvensen (dvs. en funksjon av IC-stigetiden).Generelt er avstanden mellom kraftlagene 6 mil, og mellomlaget er FR4-materiale, så den ekvivalente kapasitansen per kvadrattomme kraftlag er omtrent 75pF.Det er klart at jo mindre lagavstanden er, jo større er kapasitansen.

Det er ikke mange enheter med en stigetid på 100-300ps, men i henhold til dagens utviklingshastighet for IC vil enhetene med stigetid i området 100-300ps oppta en høy andel.For kretser med 100 til 300 PS stigetider, er 3 mil lagavstand ikke lenger aktuelt for de fleste bruksområder.På det tidspunktet er det nødvendig å ta i bruk delamineringsteknologien med mellomlagsavstanden mindre enn 1 mil, og erstatte det dielektriske FR4-materialet med materialet med høy dielektrisk konstant.Nå kan keramikk og potteplast oppfylle designkravene til 100 til 300ps stigetidskretser.

Selv om nye materialer og metoder kan bli brukt i fremtiden, er vanlige 1 til 3 ns stigetidskretser, 3 til 6 mil lagavstand og FR4 dielektriske materialer vanligvis tilstrekkelig til å håndtere avanserte harmoniske og gjøre transiente signaler lave nok, dvs. , vanlig modus EMI kan reduseres veldig lavt.I denne artikkelen er designeksemplet på PCB-lagdelt stabling gitt, og lagavstanden antas å være 3 til 6 mil.

elektromagnetisk skjerming

Fra et signalrutingssynspunkt bør en god lagdelingsstrategi være å plassere alle signalsporene i ett eller flere lag, som ligger ved siden av kraftlaget eller jordplanet.For strømforsyning bør en god lagdelingsstrategi være at kraftlaget er tilstøtende jordplanet, og avstanden mellom kraftlaget og jordplanet skal være så liten som mulig, som er det vi kaller "lagdelt" strategien.

PCB stabel

Hva slags stablestrategi kan bidra til å skjerme og undertrykke EMI?Følgende lagdelte stablingsskjema antar at strømforsyningsstrømmen flyter på et enkelt lag og at enkeltspenning eller flere spenninger er fordelt i forskjellige deler av samme lag.Tilfellet med flere kraftlag vil bli diskutert senere.

4-lags plate

Det er noen potensielle problemer i utformingen av 4-lags laminater.For det første, selv om signallaget er i det ytre laget og kraften og jordplanet er i det indre laget, er fortsatt avstanden mellom kraftlaget og jordplanet for stor.

Dersom kostnadskravet er det første, kan følgende to alternativer til den tradisjonelle 4-lags platen vurderes.Begge kan forbedre EMI-undertrykkelsesytelsen, men de er bare egnet for tilfeller der tettheten til komponentene på brettet er lav nok og det er nok areal rundt komponentene (for å plassere det nødvendige kobberbelegget for strømforsyning).

Den første er den foretrukne ordningen.De ytre lagene av PCB er alle lag, og de to midterste lagene er signal-/kraftlag.Strømforsyningen på signallaget er rutet med brede linjer, noe som gjør baneimpedansen til strømforsyningsstrømmen lav og impedansen til signalmikrostripbanen lav.Fra perspektivet til EMI-kontroll er dette den beste 4-lags PCB-strukturen som er tilgjengelig.I det andre skjemaet bærer det ytre laget kraften og bakken, og det midterste to laget bærer signalet.Sammenlignet med det tradisjonelle 4-lags kortet, er forbedringen av dette skjemaet mindre, og mellomlagsimpedansen er ikke så god som for det tradisjonelle 4-lags kortet.

Hvis ledningsimpedansen skal kontrolleres, bør stableskjemaet ovenfor være veldig forsiktig med å legge ledningene under kobberøya med strømforsyning og jording.I tillegg bør kobberøya på strømforsyning eller stratum være sammenkoblet så mye som mulig for å sikre tilkoblingen mellom DC og lavfrekvens.

6-lags plate

Hvis tettheten til komponentene på 4-lagsplaten er stor, er 6-lagsplaten bedre.Imidlertid er skjermingseffekten til noen stableordninger i utformingen av 6-lagskort ikke god nok, og det forbigående signalet til strømbussen reduseres ikke.To eksempler diskuteres nedenfor.

I det første tilfellet er strømforsyningen og bakken plassert i henholdsvis andre og femte lag.På grunn av den høye impedansen til den kobberkledde strømforsyningen, er det svært ugunstig å kontrollere vanlig modus EMI-stråling.Men fra synspunktet om signalimpedanskontroll er denne metoden veldig riktig.

I det andre eksemplet er strømforsyningen og jordingen plassert i henholdsvis tredje og fjerde lag.Denne designen løser problemet med kobberkledd impedans for strømforsyningen.På grunn av den dårlige elektromagnetiske skjermingsytelsen til lag 1 og lag 6, øker differensialmodus EMI.Hvis antallet signallinjer på de to ytre lagene er minst og lengden på linjene er veldig kort (mindre enn 1 / 20 av den høyeste harmoniske bølgelengden til signalet), kan designet løse problemet med differensialmodus EMI.Resultatene viser at undertrykkelsen av differensialmodus EMI er spesielt god når det ytre laget er fylt med kobber og det kobberbelagte området er jordet (hvert 1/20 bølgelengdeintervall).Som nevnt ovenfor skal det legges kobber


Innleggstid: 29. juli 2020