Hi ha moltes maneres de resoldre problemes d’EMI. Els mètodes moderns de supressió d’EMI inclouen: l’ús de recobriments de supressió d’EMI, la selecció de peces de supressió d’EMI adequades i el disseny de simulació d’EMI. A partir del més bàsic PCB disseny, aquest article analitza el paper i les tècniques de disseny de l’apilament en capes de PCB per controlar la radiació EMI.

Col·locar de manera raonable condensadors de capacitat adequada a prop dels pins de la font d’alimentació de l’IC pot fer que la tensió de sortida de l’IC salti més ràpid. Tanmateix, el problema no acaba aquí. A causa de la resposta de freqüència limitada dels condensadors, això fa que els condensadors no puguin generar la potència harmònica necessària per conduir la sortida IC de manera neta a la banda de freqüència completa. A més, la tensió transitòria formada a la barra de bus d’alimentació formarà una caiguda de tensió a través de l’inductor del camí de desacoblament. Aquests voltatges transitoris són les principals fonts d’interferència EMI en mode comú. Com hem de resoldre aquests problemes?

Pel que fa a l’IC de la nostra placa de circuit, la capa de potència al voltant de l’IC es pot considerar un excel·lent condensador d’alta freqüència, que pot recollir la part de l’energia filtrada pel condensador discret que proporciona energia d’alta freqüència per netejar. sortida. A més, la inductància d’una bona capa de potència hauria de ser petita, de manera que el senyal transitori sintetitzat per la inductància també és petit, reduint així l’EMI en mode comú.

Per descomptat, la connexió entre la capa de potència i el pin d’alimentació de l’IC ha de ser tan curta com sigui possible, perquè la vora ascendent del senyal digital és cada cop més ràpida, i és millor connectar-la directament al coixinet on l’alimentació de l’IC. es troba el pin. Això s’ha de parlar per separat.

Per controlar l’EMI de mode comú, el pla de potència ha d’ajudar a desacoblar-se i tenir una inductància prou baixa. Aquest avió de potència ha de ser un parell d’avions de potència ben dissenyats. Algú pot preguntar-se, com de bo és bo? La resposta a la pregunta depèn de la capa de la font d’alimentació, els materials entre les capes i la freqüència de funcionament (és a dir, una funció del temps de pujada de l’IC). En general, l’espaiat de la capa de potència és de 6 mil i la capa intercalada és de material FR4, la capacitat equivalent de la capa de potència per polzada quadrada és d’uns 75 pF. Òbviament, com més petit sigui l’espai entre capes, més gran serà la capacitat.

No hi ha molts dispositius amb un temps de pujada de 100 a 300 ps, ​​però d’acord amb la velocitat de desenvolupament actual de l’IC, els dispositius amb un temps de pujada del rang de 100 a 300 ps ocuparan una proporció elevada. Per a circuits amb un temps de pujada de 100 a 300ps, l’espaiat entre capes de 3 mil ja no serà adequat per a la majoria d’aplicacions. Aleshores, era necessari utilitzar la tecnologia de capes amb un espai entre capes inferior a 1 mil, i substituir els materials dielèctrics FR4 per materials amb altes constants dielèctriques. Ara, la ceràmica i els plàstics ceràmics poden complir els requisits de disseny de circuits de temps de pujada de 100 a 300 ps.

Tot i que en el futur es poden utilitzar nous materials i nous mètodes, per als circuits de temps de pujada comuns d’1 a 3 ns actuals, espaiat entre capes de 3 a 6 mil i materials dielèctrics FR4, sol ser suficient per gestionar els harmònics de gamma alta i fer que el senyal transitori sigui prou baix. , és a dir, l’EMI en mode comú es pot reduir molt baix. Els exemples de disseny d’apilament en capes de PCB que es donen en aquest article assumiran un espai entre capes de 3 a 6 mils.

Apantallament electromagnètic

Des de la perspectiva de les traces del senyal, una bona estratègia de capes hauria de ser posar totes les traces del senyal en una o més capes, aquestes capes estan al costat de la capa de potència o la capa de terra. Per a la font d’alimentació, una bona estratègia de capes hauria de ser que la capa d’alimentació estigui adjacent a la capa de terra i la distància entre la capa d’energia i la capa de terra sigui tan petita com sigui possible. Això és el que anomenem estratègia de “capa”.

Apilament de PCB

Quin tipus d’estratègia d’apilament pot ajudar a protegir i suprimir EMI? El següent esquema d’apilament en capes suposa que el corrent de la font d’alimentació flueix en una sola capa i que la tensió única o múltiples tensions es distribueixen en diferents parts de la mateixa capa. El cas de múltiples capes de potència es comentarà més endavant.

Tauler de 4 capes

Hi ha diversos problemes potencials amb el disseny de la placa de 4 capes. En primer lloc, la placa tradicional de quatre capes amb un gruix de 62 mils, fins i tot si la capa de senyal es troba a la capa exterior, i les capes de potència i terra es troben a la capa interior, la distància entre la capa de potència i la capa de terra. encara és massa gran.

Si el requisit de cost és el primer, podeu considerar les dues alternatives següents al tauler tradicional de 4 capes. Aquestes dues solucions poden millorar el rendiment de la supressió EMI, però només són adequades per a aplicacions on la densitat de components a la placa és prou baixa i hi ha prou àrea al voltant dels components (col·loqueu la capa de coure de potència necessària).

La primera opció és la primera opció. Les capes exteriors de la PCB són totes capes de terra, i les dues capes centrals són capes de senyal / potència. La font d’alimentació de la capa de senyal s’encamina amb una línia àmplia, cosa que pot fer que la impedància del camí del corrent de la font d’alimentació sigui baixa i la impedància del camí de la microstrip del senyal també sigui baixa. Des de la perspectiva del control EMI, aquesta és la millor estructura de PCB de 4 capes disponible. En el segon esquema, la capa exterior utilitza energia i terra, i les dues capes centrals utilitzen senyals. En comparació amb la placa tradicional de 4 capes, la millora és menor i la impedància entre capes és tan pobre com la placa tradicional de 4 capes.

Si voleu controlar la impedància de traça, l’esquema d’apilament anterior ha de tenir molta cura per organitzar les traces sota les illes de coure d’alimentació i terra. A més, les illes de coure de la font d’alimentació o de la capa de terra s’han d’interconnectar tant com sigui possible per garantir la connectivitat de corrent continu i de baixa freqüència.

Tauler de 6 capes

Si la densitat de components en un tauler de 4 capes és relativament alta, el millor és un tauler de 6 capes. Tanmateix, alguns esquemes d’apilament en el disseny de la placa de 6 capes no són prou bons per protegir el camp electromagnètic i tenen poc efecte en la reducció del senyal transitori del bus d’alimentació. A continuació es comenten dos exemples.

En el primer cas, la font d’alimentació i la terra es col·loquen a la 2a i 5a capes respectivament. A causa de l’alta impedància del recobriment de coure de la font d’alimentació, és molt desfavorable controlar la radiació EMI en mode comú. Tanmateix, des del punt de vista del control de la impedància del senyal, aquest mètode és molt correcte.