Postoji mnogo načina za rješavanje EMI problema. Moderne metode suzbijanja EMI uključuju: korištenje premaza za suzbijanje EMI, odabir odgovarajućih dijelova za suzbijanje EMI i dizajn simulacije EMI. Počevši od najosnovnijeg PCB layout, ovaj članak govori o ulozi i tehnikama dizajna PCB slojevitog slaganja u kontroli EMI zračenja.

Razumno postavljanje kondenzatora odgovarajućeg kapaciteta u blizini pinova napajanja IC-a može dovesti do bržeg skoka izlaznog napona IC-a. Međutim, problem se ovdje ne završava. Zbog ograničenog frekventnog odziva kondenzatora, to čini kondenzatore nesposobnim da generišu harmonijsku snagu potrebnu za čist IC izlaz u punom frekventnom opsegu. Osim toga, prelazni napon formiran na traci sabirnice snage će formirati pad napona na induktoru puta za razdvajanje. Ovi prolazni naponi su glavni izvori smetnji EMI uobičajenog načina rada. Kako da riješimo ove probleme?

Što se IC-a na našoj pločici tiče, sloj napajanja oko IC-a može se smatrati odličnim visokofrekventnim kondenzatorom, koji može prikupiti dio energije propuštene diskretnim kondenzatorom koji daje visokofrekventnu energiju za čiste izlaz. Osim toga, induktivnost dobrog sloja snage bi trebala biti mala, tako da je tranzijentni signal sintetiziran induktivnošću također mali, čime se smanjuje EMI zajedničkog moda.

Naravno, veza između sloja napajanja i IC power pina mora biti što je moguće kraća, jer je rastuća ivica digitalnog signala sve brža i brža, a najbolje ga je spojiti direktno na pad gdje je napajanje IC-a. pin se nalazi. O tome treba posebno razgovarati.

Da bi se kontrolisao EMI zajedničkog moda, ravan napajanja mora pomoći razdvajanju i imati dovoljno nisku induktivnost. Ovaj motorni avion mora biti dobro dizajniran par energetskih aviona. Neko će se možda pitati koliko je dobro? Odgovor na pitanje zavisi od slojevitosti izvora napajanja, materijala između slojeva i radne frekvencije (odnosno, funkcije vremena porasta IC). Generalno, razmak energetskog sloja je 6 mil, a međusloj je FR4 materijal, ekvivalentna kapacitivnost energetskog sloja po kvadratnom inču je oko 75 pF. Očigledno, što je manji razmak slojeva, veći je kapacitet.

Nema mnogo uređaja s vremenom porasta od 100 do 300 ps, ​​ali prema trenutnoj brzini razvoja IC-a, uređaji s vremenom porasta u rasponu od 100 do 300 ps zauzimat će veliki udio. Za kola sa vremenom porasta od 100 do 300ps, razmak slojeva od 3 mil više neće biti prikladan za većinu aplikacija. U to vrijeme bilo je potrebno koristiti tehnologiju nanošenja slojeva s razmakom slojeva manjim od 1 mil, te zamijeniti FR4 dielektrične materijale materijalima visoke dielektrične konstante. Sada, keramika i keramička plastika mogu ispuniti zahtjeve dizajna krugova vremena porasta od 100 do 300 ps.

Iako se novi materijali i nove metode mogu koristiti u budućnosti, za današnje uobičajene krugove s vremenom porasta od 1 do 3 ns, razmak između slojeva od 3 do 6 mil i FR4 dielektrične materijale, obično je dovoljno za rukovanje vrhunskim harmonicima i učiniti prolazni signal dovoljno niskim. , to jest, EMI u zajedničkom modu može se smanjiti na vrlo malo. Primjeri dizajna slojevitog slaganja PCB-a dati u ovom članku pretpostavljaju razmak slojeva od 3 do 6 mils.

Elektromagnetska zaštita

Iz perspektive tragova signala, dobra strategija slojevitosti bi trebala biti postavljanje svih tragova signala na jedan ili više slojeva, ovi slojevi su pored sloja snage ili sloja zemlje. Za napajanje, dobra strategija slojevitosti treba da bude da je energetski sloj u blizini sloja zemlje, a razmak između sloja energije i sloja zemlje je što je moguće manji. To je ono što mi nazivamo strategijom “slojeviti”.

PCB slaganje

Koja strategija slaganja može pomoći u zaštiti i suzbijanju EMI? Sljedeća slojevita shema slaganja pretpostavlja da struja napajanja teče na jednom sloju, a jedan napon ili više napona su raspoređeni u različitim dijelovima istog sloja. Slučaj višestrukih slojeva moći će biti razmotren kasnije.

4-slojna ploča

Postoji nekoliko potencijalnih problema sa dizajnom 4-slojne ploče. Prije svega, tradicionalna četveroslojna ploča debljine 62 mils, čak i ako je signalni sloj na vanjskom sloju, a sloj napajanja i tla na unutrašnjem sloju, udaljenost između sloja snage i sloja zemlje je i dalje prevelika.

Ako je zahtjev za troškovima prvi, možete razmotriti sljedeće dvije alternative tradicionalnoj 4-slojnoj ploči. Ova dva rješenja mogu poboljšati performanse suzbijanja EMI, ali su pogodna samo za aplikacije gdje je gustina komponenti na ploči dovoljno niska i ima dovoljno prostora oko komponenti (postavite potreban sloj bakra za snagu).

Prva opcija je prvi izbor. Svi vanjski slojevi PCB-a su slojevi tla, a dva srednja sloja su slojevi signala/snage. Napajanje na sloju signala je usmjereno širokom linijom, što može učiniti impedansu putanje struje napajanja niskom, a impedansa mikrotrakaste staze signala je također niska. Iz perspektive EMI kontrole, ovo je najbolja 4-slojna PCB struktura dostupna. U drugoj shemi, vanjski sloj koristi napajanje i uzemljenje, a dva srednja sloja koriste signale. U poređenju sa tradicionalnom 4-slojnom pločom, poboljšanje je manje, a međuslojna impedansa je loša kao kod tradicionalne 4-slojne ploče.

Ako želite da kontrolišete impedanciju traga, gornja šema slaganja mora biti veoma pažljiva da rasporedite tragove ispod napajanja i uzemljenja bakrenih ostrva. Osim toga, bakreni otoci na napajanju ili sloju uzemljenja trebaju biti međusobno povezani što je više moguće kako bi se osigurala DC i niskofrekventna povezanost.

6-slojna ploča

Ako je gustina komponenti na 4-slojnoj ploči relativno visoka, najbolja je ploča sa 6 slojeva. Međutim, neke šeme slaganja u dizajnu 6-slojne ploče nisu dovoljno dobre da zaštite elektromagnetno polje i imaju mali uticaj na smanjenje prolaznog signala sabirnice napajanja. U nastavku se razmatraju dva primjera.

U prvom slučaju, napajanje i uzemljenje su postavljeni na 2. odnosno 5. sloj. Zbog visoke impedanse bakrene prevlake izvora napajanja, vrlo je nepovoljno kontrolisati EMI zračenje zajedničkog moda. Međutim, sa stanovišta kontrole impedanse signala, ova metoda je vrlo ispravna.