Existuje mnoho způsobů, jak vyřešit problémy s EMI. Moderní metody potlačení EMI zahrnují: použití povlaků pro potlačení EMI, výběr vhodných částí pro potlačení EMI a návrh simulace EMI. Počínaje tím nejzákladnějším PCB Tento článek pojednává o úloze a technikách návrhu vrstveného vrstvení desek plošných spojů při řízení EMI záření.

Rozumné umístění kondenzátorů vhodné kapacity v blízkosti napájecích kolíků IC může způsobit rychlejší skok výstupního napětí IC. Tím však problém nekončí. Kvůli omezené frekvenční odezvě kondenzátorů to způsobuje, že kondenzátory nejsou schopny generovat harmonický výkon potřebný k čistému buzení výstupu IC v plném frekvenčním pásmu. Kromě toho přechodové napětí vytvořené na napájecí sběrnici vytvoří pokles napětí na induktoru oddělovací cesty. Tato přechodná napětí jsou hlavními zdroji elektromagnetického rušení se společným režimem. Jak bychom měli tyto problémy řešit?

Pokud jde o integrovaný obvod na naší desce s plošnými spoji, výkonovou vrstvu kolem integrovaného obvodu lze považovat za vynikající vysokofrekvenční kondenzátor, který dokáže shromáždit část energie uniklé diskrétním kondenzátorem, který poskytuje vysokofrekvenční energii pro čisté výstup. Kromě toho by měla být indukčnost dobré výkonové vrstvy malá, takže přechodový signál syntetizovaný indukčností je také malý, čímž se snižuje EMI v součinném režimu.

Spojení mezi napájecí vrstvou a napájecím pinem IC musí být samozřejmě co nejkratší, protože náběžná hrana digitálního signálu je stále rychlejší a nejlepší je připojit přímo k podložce, kde je napájení IC kolík se nachází. To je třeba projednat samostatně.

Aby bylo možné řídit elektromagnetické rušení v běžném režimu, musí výkonová rovina napomáhat oddělení a mít dostatečně nízkou indukčnost. Tato výkonová rovina musí být dobře navržená dvojice silových rovin. Někdo se může ptát, jak je dobré? Odpověď na otázku závisí na vrstvení napájecího zdroje, materiálech mezi vrstvami a pracovní frekvenci (to je funkce doby náběhu IC). Obecně je rozteč výkonové vrstvy 6 mil a mezivrstva je z materiálu FR4, ekvivalentní kapacita výkonové vrstvy na čtvereční palec je asi 75 pF. Je zřejmé, že čím menší je rozteč vrstev, tím větší je kapacita.

Není mnoho zařízení s dobou náběhu 100 až 300 ps, ​​ale podle aktuální rychlosti vývoje IC budou zařízení s dobou náběhu v rozsahu 100 až 300 ps zaujímat vysoký podíl. U obvodů s dobou náběhu 100 až 300 ps již nebude pro většinu aplikací vhodný rozteč vrstev 3mil. V té době bylo nutné použít technologii vrstvení s roztečí vrstev menší než 1 mil a nahradit dielektrické materiály FR4 materiály s vysokými dielektrickými konstantami. Keramika a keramické plasty nyní mohou splňovat konstrukční požadavky obvodů s dobou náběhu 100 až 300 ps.

Ačkoli v budoucnu mohou být použity nové materiály a nové metody, pro dnešní běžné obvody s dobou náběhu 1 až 3 ns, rozteč vrstev 3 až 6 mil a dielektrické materiály FR4, obvykle stačí zvládnout vysoké harmonické a zajistit dostatečně nízký přechodový signál. , to znamená, že EMI v běžném režimu lze snížit velmi nízko. Příklady návrhu vrstveného stohování desek plošných spojů uvedené v tomto článku budou předpokládat rozteč vrstev 3 až 6 mil.

Elektromagnetické stínění

Z hlediska signálových stop by dobrou strategií vrstvení mělo být umístit všechny stopy signálu na jednu nebo více vrstev, tyto vrstvy jsou vedle výkonové vrstvy nebo zemní vrstvy. U napájecího zdroje by dobrou strategií vrstvení mělo být to, že výkonová vrstva přiléhá k základní vrstvě a vzdálenost mezi napájecí vrstvou a základní vrstvou je co nejmenší. Tomu říkáme strategie „vrstvení“.

Stohování DPS

Jaký druh stohovací strategie může pomoci odstínit a potlačit EMI? Následující schéma vrstveného vrstvení předpokládá, že napájecí proud teče na jedné vrstvě a jedno napětí nebo více napětí jsou distribuovány v různých částech stejné vrstvy. Případ více výkonových vrstev bude diskutován později.

4vrstvá deska

Existuje několik potenciálních problémů s designem 4vrstvé desky. Za prvé, tradiční čtyřvrstvá deska o tloušťce 62 mil, i když signálová vrstva je na vnější vrstvě a výkonová a zemní vrstva jsou na vnitřní vrstvě, vzdálenost mezi výkonovou vrstvou a základní vrstvou je stále příliš velký.

Pokud je požadavek na cenu první, můžete zvážit následující dvě alternativy k tradiční 4vrstvé desce. Tato dvě řešení mohou zlepšit výkon potlačení EMI, ale jsou vhodná pouze pro aplikace, kde je hustota součástek na desce dostatečně nízká a kolem součástek je dostatek prostoru (umístěte požadovanou výkonovou měděnou vrstvu).

První možnost je první volbou. Vnější vrstvy PCB jsou všechny zemní vrstvy a prostřední dvě vrstvy jsou signálové/výkonové vrstvy. Napájení na signálové vrstvě je vedeno širokým vedením, což může způsobit nízkou impedanci cesty napájecího proudu a také nízkou impedanci signálové mikropáskové cesty. Z hlediska řízení EMI se jedná o nejlepší dostupnou 4vrstvou strukturu PCB. Ve druhém schématu vnější vrstva využívá napájení a zem a prostřední dvě vrstvy používají signály. Ve srovnání s tradiční 4vrstvou deskou je zlepšení menší a impedance mezivrstvy je stejně špatná jako u tradiční 4vrstvé desky.

Pokud chcete řídit impedanci trasování, výše uvedené schéma stohování musí být velmi opatrné, aby se tras uspořádaly pod napájecími a uzemňovacími měděnými ostrůvky. Kromě toho by měly být měděné ostrůvky na napájecí nebo zemní vrstvě co nejvíce propojeny, aby byla zajištěna stejnosměrná a nízkofrekvenční konektivita.

6vrstvá deska

Pokud je hustota součástek na 4vrstvé desce relativně vysoká, je nejlepší 6vrstvá deska. Některá schémata stohování v 6-vrstvém designu desky však nejsou dost dobrá pro stínění elektromagnetického pole a mají malý vliv na snížení přechodového signálu napájecí sběrnice. Dva příklady jsou diskutovány níže.

V prvním případě jsou napájecí zdroj a zem umístěny na 2. a 5. vrstvě. Vzhledem k vysoké impedanci měděného povlaku napájecího zdroje je velmi nepříznivé řídit elektromagnetické záření v běžném režimu. Z hlediska řízení impedance signálu je však tento způsob velmi správný.