Der er mange måder at løse EMI-problemer på. Moderne EMI-undertrykkelsesmetoder omfatter: brug af EMI-undertrykkelsesbelægninger, valg af passende EMI-undertrykkelsesdele og EMI-simuleringsdesign. Startende fra det mest basale PCB layout, diskuterer denne artikel rollen og designteknikkerne for PCB-lagdelt stabling til at kontrollere EMI-stråling.

Rimelig placering af kondensatorer med passende kapacitet nær strømforsyningens ben på IC’en kan få IC-udgangsspændingen til at hoppe hurtigere. Problemet slutter dog ikke her. På grund af kondensatorernes begrænsede frekvensrespons gør dette kondensatorerne ude af stand til at generere den harmoniske effekt, der kræves for at drive IC-udgangen rent i det fulde frekvensbånd. Derudover vil den transiente spænding, der dannes på strømskinnen, danne et spændingsfald over afkoblingsbanens induktor. Disse transiente spændinger er de vigtigste almindelige EMI-interferenskilder. Hvordan skal vi løse disse problemer?

For så vidt angår IC’en på vores printkort, kan strømlaget omkring IC’en betragtes som en fremragende højfrekvent kondensator, som kan opsamle den del af energien, der lækkes af den diskrete kondensator, der giver højfrekvent energi til ren produktion. Derudover skal induktansen af ​​et godt effektlag være lille, så det transiente signal, der syntetiseres af induktansen, er også lille, hvilket reducerer common mode EMI.

Selvfølgelig skal forbindelsen mellem strømlaget og IC-strømstiften være så kort som muligt, fordi den stigende flanke af det digitale signal bliver hurtigere og hurtigere, og det er bedst at forbinde det direkte til den pad, hvor IC-strømmen stiften er placeret. Dette skal diskuteres særskilt.

For at styre common-mode EMI skal strømplanet hjælpe med afkobling og have en tilstrækkelig lav induktans. Dette kraftfly skal være et veldesignet par kraftfly. Nogen vil måske spørge, hvor godt er godt? Svaret på spørgsmålet afhænger af lagdelingen af ​​strømforsyningen, materialerne mellem lagene og driftsfrekvensen (det vil sige en funktion af IC’ens stigetid). Generelt er afstanden mellem kraftlaget 6 mil, og mellemlaget er FR4-materiale, den ækvivalente kapacitans af kraftlaget pr. kvadrattomme er omkring 75pF. Det er klart, at jo mindre lagafstanden er, jo større er kapacitansen.

Der er ikke mange enheder med en stigetid på 100 til 300 ps, ​​men ifølge den nuværende IC-udviklingshastighed vil enheder med en stigetid i området 100 til 300 ps optage en høj andel. For kredsløb med en stigningstid på 100 til 300ps vil 3mil lagafstand ikke længere være egnet til de fleste applikationer. På det tidspunkt var det nødvendigt at bruge lagdelingsteknologi med en lagafstand på mindre end 1 mil, og at erstatte FR4 dielektriske materialer med materialer med høje dielektriske konstanter. Nu kan keramik og keramisk plast opfylde designkravene til 100 til 300 ps stigetidskredsløb.

Selvom nye materialer og nye metoder kan blive brugt i fremtiden, for nutidens almindelige 1 til 3ns stigetidskredsløb, 3 til 6 mil lagafstand og FR4 dielektriske materialer, er det normalt tilstrækkeligt at håndtere avancerede harmoniske og gøre det transiente signal lavt nok , det vil sige, Common mode EMI kan reduceres meget lavt. Eksemplerne på PCB-lagstablingsdesign givet i denne artikel vil antage en lagafstand på 3 til 6 mils.

Elektromagnetisk afskærmning

Fra signalspors perspektiv bør en god lagdelingsstrategi være at lægge alle signalspor på et eller flere lag, disse lag ligger ved siden af ​​kraftlaget eller jordlaget. For strømforsyningen bør en god lagdelingsstrategi være, at strømlaget støder op til jordlaget, og afstanden mellem strømlaget og jordlaget er så lille som muligt. Det er det, vi kalder “lagdelt”-strategien.

PCB stabling

Hvilken slags stablestrategi kan hjælpe med at beskytte og undertrykke EMI? Det følgende lagdelte stableskema antager, at strømforsyningsstrømmen flyder på et enkelt lag, og den enkelte spænding eller flere spændinger er fordelt i forskellige dele af det samme lag. Tilfældet med flere kraftlag vil blive diskuteret senere.

4-lags plade

Der er flere potentielle problemer med 4-lags printdesignet. Først og fremmest det traditionelle firelags bord med en tykkelse på 62 mils, selvom signallaget er på det ydre lag, og kraft- og jordlaget er på det indre lag, afstanden mellem kraftlaget og jordlaget er stadig for stor.

Hvis omkostningskravet er det første, kan du overveje følgende to alternativer til den traditionelle 4-lags plade. Disse to løsninger kan forbedre ydeevnen af ​​EMI-undertrykkelse, men de er kun egnede til applikationer, hvor komponenttætheden på kortet er lav nok, og der er nok areal omkring komponenterne (placer det nødvendige strømkobberlag).

Den første mulighed er det første valg. De ydre lag af PCB’et er alle jordlag, og de to midterste lag er signal-/effektlag. Strømforsyningen på signallaget er dirigeret med en bred linje, hvilket kan gøre strømforsyningsstrømmens vejimpedans lav, og impedansen af ​​signalmikrostripbanen er også lav. Fra EMI-kontrolperspektivet er dette den bedste 4-lags PCB-struktur, der findes. I det andet skema bruger det ydre lag strøm og jord, og de to midterste lag bruger signaler. Sammenlignet med det traditionelle 4-lagskort er forbedringen mindre, og mellemlagsimpedansen er lige så dårlig som den traditionelle 4-lags plade.

Hvis du vil kontrollere sporimpedansen, skal ovenstående stableskema være meget omhyggeligt med at arrangere sporene under strøm- og jordkobberøerne. Desuden bør kobberøerne på strømforsyningen eller jordlaget være forbundet så meget som muligt for at sikre DC og lavfrekvent forbindelse.

6-lags plade

Hvis tætheden af ​​komponenter på en 4-lags plade er relativt høj, er en 6-lags plade bedst. Nogle stablingsskemaer i 6-lags kortdesignet er dog ikke gode nok til at skærme det elektromagnetiske felt og har ringe effekt på reduktionen af ​​det transiente signal fra strømbussen. To eksempler diskuteres nedenfor.

I det første tilfælde er strømforsyningen og jorden placeret på henholdsvis 2. og 5. lag. På grund af den høje impedans af strømforsyningens kobberbelægning er det meget ugunstigt at kontrollere den almindelige EMI-stråling. Men ud fra et synspunkt om signalimpedansstyring er denne metode meget korrekt.