Има много начини за решаване на проблеми с EMI. Съвременните методи за потискане на EMI включват: използване на покрития за потискане на EMI, избор на подходящи части за потискане на EMI и дизайн на симулация на EMI. Започвайки от най-основното PCB оформление, тази статия обсъжда ролята и техниките за проектиране на многослойното подреждане на печатни платки при контролиране на EMI излъчването.

Разумното поставяне на кондензатори с подходящ капацитет близо до изводите на захранването на IC може да направи изходното напрежение на IC скокове по-бързо. Проблемът обаче не свършва дотук. Поради ограничената честотна характеристика на кондензаторите, това прави кондензаторите неспособни да генерират хармоничната мощност, необходима за чистота на изхода на IC в пълната честотна лента. В допълнение, преходното напрежение, образувано върху шината на мощността, ще образува спад на напрежението в индуктора на пътя за разделяне. Тези преходни напрежения са основните източници на смущения на EMI с общ режим. Как трябва да решим тези проблеми?

Що се отнася до IC на нашата платка, захранващият слой около IC може да се разглежда като отличен високочестотен кондензатор, който може да събира частта от енергията, изтекла от дискретния кондензатор, която осигурява високочестотна енергия за чисти изход. В допълнение, индуктивността на добър захранващ слой трябва да е малка, така че преходният сигнал, синтезиран от индуктивността, също е малък, като по този начин се намалява EMI в общ режим.

Разбира се, връзката между захранващия слой и извода за захранване на IC трябва да бъде възможно най-къса, тъй като нарастващият фронт на цифровия сигнал става все по-бърз и най-добре е да го свържете директно към подложката, където захранването на IC щифтът се намира. Това трябва да се обсъди отделно.

За да се контролира EMI в общ режим, захранващата равнина трябва да подпомага отделянето и да има достатъчно ниска индуктивност. Този захранващ самолет трябва да бъде добре проектирана двойка захранващи самолети. Някой може да попита колко добро е добро? Отговорът на въпроса зависи от наслояването на захранването, материалите между слоевете и работната честота (тоест функция на времето на нарастване на ИС). Обикновено разстоянието между захранващия слой е 6 mil, а междинният слой е материал FR4, еквивалентният капацитет на захранващия слой на квадратен инч е около 75 pF. Очевидно е, че колкото по-малко е разстоянието между слоевете, толкова по-голям е капацитетът.

Няма много устройства с време на нарастване от 100 до 300 ps, ​​но според текущата скорост на развитие на IC устройствата с време на нарастване в диапазона от 100 до 300 ps ще заемат голям дял. За вериги с време на нарастване от 100 до 300ps, разстоянието между слоевете от 3 mil вече няма да е подходящо за повечето приложения. По това време беше необходимо да се използва технология за наслояване с разстояние между слоевете по-малко от 1 mil и да се заменят диелектричните материали FR4 с материали с висока диелектрична константа. Сега керамиката и керамичните пластмаси могат да отговарят на изискванията за проектиране на вериги с време на нарастване от 100 до 300 ps.

Въпреки че в бъдеще могат да се използват нови материали и нови методи, за днешните обичайни вериги с време на нарастване от 1 до 3 ns, разстояние между слоевете от 3 до 6 mil и диелектрични материали FR4, обикновено е достатъчно да се справят с хармоници от висок клас и да се направи преходният сигнал достатъчно нисък , тоест, EMI в общ режим може да бъде намален много ниско. Примерите за проектиране на многослойни печатни платки, дадени в тази статия, ще приемат разстояние между слоевете от 3 до 6 mils.

Електромагнитно екраниране

От гледна точка на сигналните следи, добрата стратегия за наслояване трябва да бъде поставянето на всички сигнални следи на един или повече слоеве, тези слоеве са до захранващия слой или заземения слой. За захранването добрата стратегия за наслояване трябва да бъде силовият слой да е в непосредствена близост до земния слой и разстоянието между захранващия слой и земния слой да е възможно най-малко. Това е, което наричаме стратегия за „наслояване“.

Подреждане на печатни платки

Какъв вид стратегия за подреждане може да помогне за защита и потискане на EMI? Следващата многослойна схема на подреждане предполага, че захранващият ток протича върху един слой и единичното напрежение или множество напрежения се разпределят в различни части на същия слой. Случаят с множество захранващи слоеве ще бъде обсъден по-късно.

4-слойна дъска

Има няколко потенциални проблема с дизайна на 4-слойната дъска. На първо място, традиционната четирислойна платка с дебелина 62 mils, дори ако сигналният слой е върху външния слой, а захранващият и заземяващият слой са на вътрешния слой, разстоянието между захранващия слой и земния слой все още е твърде голям.

Ако изискването за цена е първото, можете да разгледате следните две алтернативи на традиционната 4-слойна дъска. Тези две решения могат да подобрят производителността на потискането на EMI, но те са подходящи само за приложения, при които плътността на компонентите на платката е достатъчно ниска и има достатъчно площ около компонентите (поставете необходимия захранващ меден слой).

Първият вариант е първият избор. Външните слоеве на печатната платка са всички заземяващи слоеве, а средните два слоя са сигнални/мощни слоеве. Захранването на сигналния слой се насочва с широка линия, което може да направи импеданса на захранващия ток нисък, а импедансът на микролентовия път на сигнала също е нисък. От гледна точка на контрола на EMI, това е най-добрата налична 4-слойна PCB структура. Във втората схема външният слой използва захранване и земята, а средните два слоя използват сигнали. В сравнение с традиционната 4-слойна платка, подобрението е по-малко, а междуслойният импеданс е толкова слаб, колкото традиционната 4-слойна платка.

Ако искате да контролирате импеданса на трасето, горната схема за подреждане трябва да бъде много внимателна, за да подредите следите под захранващите и заземените медни острови. В допълнение, медните острови на захранващия или заземителния слой трябва да бъдат свързани помежду си, доколкото е възможно, за да се осигури DC и нискочестотна свързаност.

6-слойна дъска

Ако плътността на компонентите на 4-слойна платка е сравнително висока, най-добрата е 6-слойна платка. Въпреки това, някои схеми за подреждане в дизайна на 6-слойната платка не са достатъчно добри за екраниране на електромагнитното поле и имат малък ефект върху намаляването на преходния сигнал на захранващата шина. По-долу са разгледани два примера.

В първия случай захранването и земята са поставени съответно на 2-ри и 5-ти слой. Поради високия импеданс на медното покритие на захранването е много неблагоприятно да се контролира честотното EMI излъчване. Въпреки това, от гледна точка на контрола на импеданса на сигнала, този метод е много правилен.