Vet du hur man löser EMI-problemet vid design av flerskiktskretskort?
Låt mig berätta för dig!
Det finns många sätt att lösa EMI-problem.Moderna EMI-undertryckningsmetoder inkluderar: användning av EMI-undertryckande beläggning, val av lämpliga EMI-undertryckande delar och EMI-simuleringsdesign.Baserat på den mest grundläggande PCB-layouten diskuterar detta dokument funktionen hos PCB-stack för att kontrollera EMI-strålning och PCB-designfärdigheter.
kraftbuss
Utspänningshoppet från IC kan accelereras genom att placera lämplig kapacitans nära strömstiftet på IC.Detta är dock inte slutet på problemet.På grund av kondensatorns begränsade frekvenssvar är det omöjligt för kondensatorn att generera den övertonseffekt som behövs för att driva IC-utgången rent i hela frekvensbandet.Dessutom kommer den transienta spänningen som bildas på kraftbussen att orsaka spänningsfall vid båda ändarna av induktansen för frånkopplingsvägen.Dessa transientspänningar är de vanligaste EMI-störkällorna i common mode.Hur kan vi lösa dessa problem?
När det gäller IC på vårt kretskort kan effektskiktet runt IC:n betraktas som en bra högfrekvent kondensator, som kan samla upp energin som läcker av den diskreta kondensatorn som ger högfrekvent energi för ren uteffekt.Dessutom är induktansen för ett bra effektlager liten, så den transienta signalen som syntetiseras av induktorn är också liten, vilket minskar common mode EMI.
Naturligtvis måste anslutningen mellan strömförsörjningsskiktet och IC-strömförsörjningsstiftet vara så kort som möjligt, eftersom den digitala signalens stigande flank är snabbare och snabbare.Det är bättre att ansluta den direkt till dynan där IC-strömstiftet är placerat, vilket måste diskuteras separat.
För att styra common mode EMI måste kraftlagret vara ett väldesignat par kraftlager för att hjälpa till att koppla bort och ha en tillräckligt låg induktans.Vissa kanske frågar, hur bra är det?Svaret beror på kraftskiktet, materialet mellan skikten och arbetsfrekvensen (dvs. en funktion av IC-stigtiden).I allmänhet är avståndet mellan kraftskikten 6 mil, och mellanskiktet är FR4-material, så den ekvivalenta kapacitansen per kvadrattum av kraftskiktet är cirka 75pF.Uppenbarligen, ju mindre skiktavståndet är, desto större kapacitans.
Det finns inte många enheter med en stigtid på 100-300ps, men enligt den nuvarande utvecklingshastigheten för IC kommer enheterna med stigtid i intervallet 100-300ps att uppta en hög andel.För kretsar med 100 till 300 PS stigtider är 3 mils lageravstånd inte längre tillämpligt för de flesta applikationer.Vid den tiden är det nödvändigt att anta delamineringstekniken med mellanskiktsavståndet mindre än 1 mil, och ersätta det dielektriska FR4-materialet med materialet med hög dielektricitetskonstant.Nu kan keramik och krukplast uppfylla designkraven för 100 till 300ps stigtidskretsar.
Även om nya material och metoder kan komma att användas i framtiden är vanliga 1 till 3 ns stigtidskretsar, 3 till 6 mil lageravstånd och FR4 dielektriska material vanligtvis tillräckliga för att hantera avancerade övertoner och göra transienta signaler tillräckligt låga, dvs. , common mode EMI kan reduceras mycket lågt.I detta dokument ges designexemplet på PCB-skiktad stapling, och skiktavståndet antas vara 3 till 6 mil.
elektromagnetisk skärmning
Ur signaldirigeringssynpunkt bör en bra skiktningsstrategi vara att placera alla signalspåren i ett eller flera skikt, som ligger bredvid kraftskiktet eller jordplanet.För strömförsörjning bör en bra skiktningsstrategi vara att strömskiktet ligger i anslutning till jordplanet, och avståndet mellan strömskiktet och jordplanet ska vara så litet som möjligt, vilket är vad vi kallar "skiktnings"-strategin.
PCB stack
Vilken typ av staplingsstrategi kan hjälpa till att skydda och undertrycka EMI?Följande skiktade staplingsschema förutsätter att strömförsörjningsströmmen flyter på ett enda skikt och att en spänning eller flera spänningar är fördelade i olika delar av samma skikt.Fallet med flera kraftlager kommer att diskuteras senare.
4-lagers platta
Det finns några potentiella problem i utformningen av 4-lagers laminat.För det första, även om signallagret är i det yttre lagret och kraften och jordplanet är i det inre lagret, är avståndet mellan kraftlagret och jordplanet fortfarande för stort.
Om kostnadskravet är det första kan följande två alternativ till den traditionella 4-lagers skivan övervägas.Båda kan förbättra EMI-dämpningsprestandan, men de är endast lämpliga för de fall där komponenternas täthet på kortet är tillräckligt låg och det finns tillräckligt med yta runt komponenterna (för att placera den erforderliga kopparbeläggningen för strömförsörjning).
Det första är det föredragna schemat.De yttre lagren av PCB är alla lager, och de två mittersta lagren är signal-/effektlager.Strömförsörjningen på signalskiktet dirigeras med breda linjer, vilket gör strömförsörjningsströmmens banimpedans låg och impedansen för signalens mikrostripbana låg.Ur perspektivet av EMI-kontroll är detta den bästa 4-lagers PCB-strukturen som finns.I det andra schemat bär det yttre skiktet kraften och jord, och de två mittersta skiktet bär signalen.Jämfört med det traditionella 4-lagerskortet är förbättringen av detta schema mindre, och mellanskiktsimpedansen är inte lika bra som den för det traditionella 4-lagerskortet.
Om ledningsimpedansen ska kontrolleras, bör ovanstående staplingsschema vara mycket noga med att lägga ledningarna under kopparön av strömförsörjning och jordning.Dessutom bör kopparön på strömförsörjning eller stratum vara sammankopplad så mycket som möjligt för att säkerställa anslutningen mellan DC och lågfrekvens.
6-lagers platta
Om tätheten hos komponenterna på 4-lagerskortet är stor, är 6-lagerplattan bättre.Avskärmningseffekten av vissa staplingsscheman i utformningen av 6-lagers kort är dock inte tillräckligt bra, och den transienta signalen från kraftbussen reduceras inte.Två exempel diskuteras nedan.
I det första fallet placeras strömförsörjningen och jord i det andra respektive femte lagret.På grund av den höga impedansen hos kopparbeklädd strömförsörjning är det mycket ogynnsamt att styra den vanliga EMI-strålningen.Men ur synvinkel av signalimpedanskontroll är denna metod mycket korrekt.
I det andra exemplet är strömförsörjningen och jord placerade i det tredje respektive fjärde lagret.Denna design löser problemet med kopparbeklädd impedans för strömförsörjningen.På grund av den dåliga elektromagnetiska skärmningsprestandan för skikt 1 och skikt 6, ökar differentialmodens EMI.Om antalet signallinjer på de två yttre skikten är det minsta och längden på linjerna är mycket kort (mindre än 1/20 av signalens högsta övertonsvåglängd), kan designen lösa problemet med differentialmod EMI.Resultaten visar att undertryckandet av differentialmodens EMI är särskilt bra när det yttre lagret är fyllt med koppar och det kopparbeklädda området är jordat (varje 1/20:e våglängdsintervall).Som nämnts ovan ska koppar läggas
Posttid: 29 juli 2020
