هناك طرق عديدة لحل مشاكل التداخل الكهرومغناطيسي. تتضمن طرق إخماد التداخل الكهرومغناطيسي الحديثة: استخدام طبقات منع التداخل الكهرومغناطيسي ، واختيار أجزاء قمع التداخل الكهرومغناطيسي المناسبة ، وتصميم محاكاة التداخل الكهرومغناطيسي. بدءا من الأساسيات PCB تخطيط ، تناقش هذه المقالة دور وتقنيات التصميم لتكديس طبقات ثنائي الفينيل متعدد الكلور في التحكم في إشعاع التداخل الكهرومغناطيسي.

إن وضع المكثفات ذات السعة المناسبة بشكل معقول بالقرب من دبابيس إمداد الطاقة في IC يمكن أن يجعل جهد خرج IC يقفز بشكل أسرع. ومع ذلك ، فإن المشكلة لا تنتهي هنا. نظرًا لاستجابة التردد المحدودة للمكثفات ، فإن هذا يجعل المكثفات غير قادرة على توليد الطاقة التوافقية المطلوبة لدفع خرج IC بشكل نظيف في نطاق التردد الكامل. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الجهد العابر المتشكل على شريط ناقل الطاقة سيشكل انخفاضًا في الجهد عبر محث مسار الفصل. هذه الفولتية العابرة هي مصادر التداخل الرئيسية الشائعة للوضع EMI. كيف يجب أن نحل هذه المشاكل؟

بقدر ما يتعلق الأمر بالدائرة المتكاملة على لوحة الدائرة لدينا ، يمكن اعتبار طبقة الطاقة حول الدائرة المتكاملة مكثفًا ممتازًا عالي التردد ، والذي يمكنه تجميع جزء من الطاقة المتسربة بواسطة المكثف المنفصل الذي يوفر طاقة عالية التردد للتنظيف انتاج. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يكون الحث لطبقة طاقة جيدة صغيرًا ، وبالتالي فإن الإشارة العابرة التي يتم توليفها بواسطة المحاثة تكون صغيرة أيضًا ، مما يقلل من الوضع الشائع EMI.

بالطبع ، يجب أن يكون الاتصال بين طبقة الطاقة ودبوس طاقة IC قصيرًا قدر الإمكان ، لأن الحافة الصاعدة للإشارة الرقمية تزداد سرعة وأسرع ، ومن الأفضل توصيلها مباشرة باللوحة حيث توجد طاقة IC يقع دبوس. هذا يحتاج إلى أن يناقش بشكل منفصل.

من أجل التحكم في EMI بالوضع الشائع ، يجب أن يساعد مستوى الطاقة في الفصل وأن يكون لديه محاثة منخفضة بدرجة كافية. يجب أن تكون طائرة الطاقة هذه زوجًا من طائرات الطاقة جيدة التصميم. قد يسأل شخص ما ، ما مدى جودة الخير؟ تعتمد إجابة السؤال على طبقات مزود الطاقة ، والمواد بين الطبقات ، وتردد التشغيل (أي وظيفة زمن صعود IC). بشكل عام ، تباعد طبقة الطاقة هو 6 مل ، والطبقة البينية هي مادة FR4 ، السعة المكافئة لطبقة الطاقة لكل بوصة مربعة حوالي 75pF. من الواضح أنه كلما قل تباعد الطبقات ، زادت السعة.

لا توجد العديد من الأجهزة ذات وقت ارتفاع يتراوح من 100 إلى 300 حصان ، ولكن وفقًا لسرعة تطوير IC الحالية ، فإن الأجهزة التي لها وقت صعود في حدود 100 إلى 300 ps سوف تشغل نسبة عالية. بالنسبة للدوائر التي يتراوح وقت ارتفاعها من 100 إلى 300ps ، لن يكون تباعد الطبقات 3 ميل مناسبًا لمعظم التطبيقات. في ذلك الوقت ، كان من الضروري استخدام تقنية الطبقات مع تباعد طبقة أقل من 1 مل ، واستبدال المواد العازلة FR4 بمواد ذات ثوابت عازلة عالية. الآن ، يمكن للسيراميك والبلاستيك الخزفي تلبية متطلبات التصميم لدارات وقت صعود من 100 إلى 300 حصان.

على الرغم من أنه يمكن استخدام مواد جديدة وطرق جديدة في المستقبل ، بالنسبة لدارات وقت الصعود الشائعة اليوم من 1 إلى 3 نانوثانية ، وتباعد الطبقات من 3 إلى 6 ميل والمواد العازلة FR4 ، فإنها عادة ما تكون كافية للتعامل مع التوافقيات المتطورة وجعل الإشارة العابرة منخفضة بدرجة كافية ، وهذا يعني أنه يمكن تقليل EMI للوضع العام منخفض جدًا. ستفترض أمثلة تصميم التراص طبقات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الواردة في هذه المقالة أن تباعد الطبقات يتراوح من 3 إلى 6 مل.

التدريع الكهرومغناطيسي

من منظور آثار الإشارة ، يجب أن تكون استراتيجية الطبقات الجيدة هي وضع كل آثار الإشارات على طبقة واحدة أو أكثر ، وتكون هذه الطبقات بجوار طبقة الطاقة أو الطبقة الأرضية. بالنسبة لمصدر الطاقة ، يجب أن تكون استراتيجية الطبقات الجيدة هي أن تكون طبقة الطاقة مجاورة للطبقة الأرضية ، وأن تكون المسافة بين طبقة الطاقة والطبقة الأرضية صغيرة قدر الإمكان. هذا ما نسميه إستراتيجية “الطبقات”.

التراص ثنائي الفينيل متعدد الكلور

ما نوع إستراتيجية التراص التي يمكن أن تساعد في حماية وقمع EMI؟ يفترض مخطط التراص الطبقي التالي أن تيار إمداد الطاقة يتدفق على طبقة واحدة ، ويتم توزيع الجهد الفردي أو الفولتية المتعددة في أجزاء مختلفة من نفس الطبقة. ستتم مناقشة حالة طبقات الطاقة المتعددة لاحقًا.

4 طبقات المجلس

هناك العديد من المشكلات المحتملة في تصميم اللوحة المكونة من 4 طبقات. بادئ ذي بدء ، اللوحة التقليدية المكونة من أربع طبقات بسماكة 62 مل ، حتى لو كانت طبقة الإشارة على الطبقة الخارجية ، وكانت طبقات الطاقة والأرض على الطبقة الداخلية ، المسافة بين طبقة الطاقة والطبقة الأرضية لا يزال كبيرًا جدًا.

إذا كانت متطلبات التكلفة هي الأولى ، فيمكنك التفكير في البديلين التاليين للوحة التقليدية المكونة من 4 طبقات. يمكن لهذين الحلين تحسين أداء قمع EMI ، لكنهما مناسبان فقط للتطبيقات التي تكون فيها كثافة المكونات على اللوحة منخفضة بدرجة كافية وهناك مساحة كافية حول المكونات (ضع طبقة نحاسية الطاقة المطلوبة).

الخيار الأول هو الخيار الأول. جميع الطبقات الخارجية لثنائي الفينيل متعدد الكلور عبارة عن طبقات أرضية ، والطبقتان الأوسطتان عبارة عن طبقات إشارة / طاقة. يتم توجيه مصدر الطاقة على طبقة الإشارة بخط عريض ، والذي يمكن أن يجعل مقاومة مسار تيار إمداد الطاقة منخفضة ، كما أن مقاومة مسار الإشارة الدقيقة منخفضة أيضًا. من منظور التحكم في EMI ، هذا هو أفضل هيكل ثنائي الفينيل متعدد الكلور من 4 طبقات متاح. في المخطط الثاني ، تستخدم الطبقة الخارجية الطاقة والأرض ، وتستخدم الطبقتان الأوسطتان الإشارات. بالمقارنة مع اللوحة التقليدية المكونة من 4 طبقات ، يكون التحسين أصغر ، وتكون مقاومة الطبقة البينية ضعيفة مثل اللوحة التقليدية المكونة من 4 طبقات.

إذا كنت تريد التحكم في مقاومة التتبع ، فيجب أن يكون مخطط التراص أعلاه شديد الحذر لترتيب الآثار تحت جزر الطاقة والأرض النحاسية. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تكون الجزر النحاسية على مصدر الطاقة أو الطبقة الأرضية مترابطة قدر الإمكان لضمان توصيل التيار المستمر والتردد المنخفض.

6 طبقات المجلس

إذا كانت كثافة المكونات على لوح من 4 طبقات عالية نسبيًا ، فإن اللوح المكون من 6 طبقات هو الأفضل. ومع ذلك ، فإن بعض مخططات التراص في تصميم اللوحة المكونة من 6 طبقات ليست جيدة بما يكفي لحماية المجال الكهرومغناطيسي ، ولها تأثير ضئيل على تقليل الإشارة العابرة لناقل الطاقة. يتم مناقشة مثالين أدناه.

في الحالة الأولى ، يتم وضع مصدر الطاقة والأرض على الطبقتين الثانية والخامسة على التوالي. نظرًا للمقاومة العالية للطلاء النحاسي لمصدر الطاقة ، فمن غير المواتي جدًا التحكم في الوضع الشائع لإشعاع EMI. ومع ذلك ، من وجهة نظر التحكم في مقاومة الإشارة ، فإن هذه الطريقة صحيحة للغاية.