Υπάρχουν πολλοί τρόποι επίλυσης προβλημάτων EMI. Οι σύγχρονες μέθοδοι καταστολής EMI περιλαμβάνουν: χρήση επιστρώσεων καταστολής EMI, επιλογή κατάλληλων εξαρτημάτων καταστολής EMI και σχεδιασμό προσομοίωσης EMI. Ξεκινώντας από τα πιο βασικά PCB διάταξη, αυτό το άρθρο εξετάζει τον ρόλο και τις τεχνικές σχεδιασμού της στοίβαξης σε στρώματα PCB στον έλεγχο της ακτινοβολίας EMI.

Η εύλογη τοποθέτηση πυκνωτών κατάλληλης χωρητικότητας κοντά στις ακίδες τροφοδοσίας του κυκλώματος μπορεί να κάνει την τάση εξόδου του κυκλώματος να αυξηθεί ταχύτερα. Ωστόσο, το πρόβλημα δεν τελειώνει εδώ. Λόγω της περιορισμένης απόκρισης συχνότητας των πυκνωτών, αυτό καθιστά τους πυκνωτές ανίκανους να παράγουν την αρμονική ισχύ που απαιτείται για την καθαρή κίνηση της εξόδου IC στην πλήρη ζώνη συχνοτήτων. Επιπλέον, η μεταβατική τάση που σχηματίζεται στη ράβδο του διαύλου ισχύος θα σχηματίσει πτώση τάσης στον επαγωγέα της διαδρομής αποσύνδεσης. Αυτές οι μεταβατικές τάσεις είναι οι κύριες πηγές παρεμβολών EMI κοινής λειτουργίας. Πώς πρέπει να λύσουμε αυτά τα προβλήματα;

Όσον αφορά το IC στην πλακέτα κυκλώματος μας, το στρώμα ισχύος γύρω από το IC μπορεί να θεωρηθεί ως ένας εξαιρετικός πυκνωτής υψηλής συχνότητας, ο οποίος μπορεί να συλλέξει το μέρος της ενέργειας που διαρρέει από τον διακριτό πυκνωτή που παρέχει ενέργεια υψηλής συχνότητας για καθαρό παραγωγή. Επιπλέον, η επαγωγή ενός καλού επιπέδου ισχύος πρέπει να είναι μικρή, επομένως το μεταβατικό σήμα που συντίθεται από την επαγωγή είναι επίσης μικρό, μειώνοντας έτσι το EMI κοινής λειτουργίας.

Φυσικά, η σύνδεση μεταξύ του επιπέδου τροφοδοσίας και του ακροδέκτη τροφοδοσίας IC πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο σύντομη, επειδή η ανερχόμενη άκρη του ψηφιακού σήματος γίνεται όλο και πιο γρήγορη και είναι καλύτερο να το συνδέσετε απευθείας στο pad όπου τροφοδοτείται το IC βρίσκεται η καρφίτσα. Αυτό πρέπει να συζητηθεί χωριστά.

Προκειμένου να ελεγχθεί το EMI κοινής λειτουργίας, το επίπεδο ισχύος πρέπει να βοηθήσει στην αποσύνδεση και να έχει αρκετά χαμηλή αυτεπαγωγή. Αυτό το επίπεδο ισχύος πρέπει να είναι ένα καλά σχεδιασμένο ζεύγος επιπέδων ισχύος. Κάποιος μπορεί να ρωτήσει, πόσο καλό είναι καλό; Η απάντηση στην ερώτηση εξαρτάται από τη στρώση του τροφοδοτικού, τα υλικά μεταξύ των στρωμάτων και τη συχνότητα λειτουργίας (δηλαδή συνάρτηση του χρόνου ανόδου του IC). Γενικά, η απόσταση του στρώματος ισχύος είναι 6 mil και το ενδιάμεσο στρώμα είναι υλικό FR4, η ισοδύναμη χωρητικότητα του στρώματος ισχύος ανά τετραγωνική ίντσα είναι περίπου 75 pF. Προφανώς, όσο μικρότερη είναι η απόσταση των στρωμάτων, τόσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητα.

Δεν υπάρχουν πολλές συσκευές με χρόνο ανόδου από 100 έως 300 ps, ​​αλλά σύμφωνα με την τρέχουσα ταχύτητα ανάπτυξης IC, οι συσκευές με χρόνο ανόδου στην περιοχή από 100 έως 300 ps θα καταλαμβάνουν υψηλό ποσοστό. Για κυκλώματα με χρόνο ανόδου από 100 έως 300 ps, ​​η απόσταση στρώσεων 3 mil δεν θα είναι πλέον κατάλληλη για τις περισσότερες εφαρμογές. Εκείνη την εποχή, ήταν απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί τεχνολογία στρωματοποίησης με απόσταση στρώσεων μικρότερη από 1 mil και να αντικατασταθούν τα διηλεκτρικά υλικά FR4 με υλικά με υψηλές διηλεκτρικές σταθερές. Τώρα, τα κεραμικά και τα κεραμικά πλαστικά μπορούν να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις σχεδιασμού των κυκλωμάτων χρόνου ανόδου 100 έως 300 ps.

Αν και νέα υλικά και νέες μέθοδοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν στο μέλλον, για τα σημερινά κοινά κυκλώματα χρόνου ανόδου 1 έως 3 ns, απόσταση στρώσεων 3 έως 6 mil και διηλεκτρικά υλικά FR4, συνήθως αρκεί να χειρίζονται αρμονικές υψηλών προδιαγραφών και να κάνουν το μεταβατικό σήμα αρκετά χαμηλό. , δηλαδή, το EMI της κοινής λειτουργίας μπορεί να μειωθεί πολύ χαμηλά. Τα παραδείγματα σχεδίασης στοίβαξης σε στρώματα PCB που δίνονται σε αυτό το άρθρο θα υποθέτουν απόσταση στρώσεων από 3 έως 6 mils.

Ηλεκτρομαγνητική θωράκιση

Από την προοπτική των ιχνών σήματος, μια καλή στρατηγική στρωματοποίησης θα πρέπει να είναι να τοποθετούνται όλα τα ίχνη σήματος σε ένα ή περισσότερα επίπεδα, αυτά τα στρώματα βρίσκονται δίπλα στο επίπεδο ισχύος ή στο στρώμα εδάφους. Για το τροφοδοτικό, μια καλή στρατηγική στρωσίματος θα πρέπει να είναι το επίπεδο ισχύος να βρίσκεται δίπλα στο στρώμα γείωσης και η απόσταση μεταξύ του στρώματος ισχύος και του στρώματος εδάφους να είναι όσο το δυνατόν μικρότερη. Αυτό είναι αυτό που ονομάζουμε στρατηγική «στρώσεων».

Στοίβαξη PCB

Τι είδους στρατηγική στοίβαξης μπορεί να βοηθήσει στην προστασία και την καταστολή του EMI; Το ακόλουθο σχήμα στοίβαξης με στρώσεις προϋποθέτει ότι το ρεύμα τροφοδοσίας ρεύματος ρέει σε ένα μόνο στρώμα και η απλή τάση ή οι πολλαπλές τάσεις κατανέμονται σε διαφορετικά μέρη του ίδιου στρώματος. Η περίπτωση πολλαπλών επιπέδων ισχύος θα συζητηθεί αργότερα.

Πίνακας 4 στρώσεων

Υπάρχουν πολλά πιθανά προβλήματα με τη σχεδίαση της σανίδας 4 επιπέδων. Πρώτα απ ‘όλα, η παραδοσιακή πλακέτα τεσσάρων στρωμάτων με πάχος 62 mils, ακόμα κι αν το στρώμα σήματος βρίσκεται στο εξωτερικό στρώμα και τα στρώματα ισχύος και εδάφους βρίσκονται στο εσωτερικό στρώμα, η απόσταση μεταξύ του στρώματος ισχύος και του στρώματος εδάφους είναι ακόμα πολύ μεγάλο.

Εάν η απαίτηση κόστους είναι η πρώτη, μπορείτε να εξετάσετε τις ακόλουθες δύο εναλλακτικές λύσεις για την παραδοσιακή σανίδα 4 επιπέδων. Αυτές οι δύο λύσεις μπορούν να βελτιώσουν την απόδοση της καταστολής EMI, αλλά είναι κατάλληλες μόνο για εφαρμογές όπου η πυκνότητα εξαρτημάτων στην πλακέτα είναι αρκετά χαμηλή και υπάρχει αρκετή περιοχή γύρω από τα εξαρτήματα (τοποθετήστε την απαιτούμενη στρώση χαλκού ισχύος).

Η πρώτη επιλογή είναι η πρώτη επιλογή. Τα εξωτερικά στρώματα του PCB είναι όλα στρώματα γείωσης και τα δύο μεσαία στρώματα είναι στρώματα σήματος/τροφοδοσίας. Η τροφοδοσία ρεύματος στο στρώμα σήματος δρομολογείται με μια ευρεία γραμμή, η οποία μπορεί να κάνει τη σύνθετη αντίσταση διαδρομής του ρεύματος τροφοδοσίας χαμηλή, και η σύνθετη αντίσταση της διαδρομής μικρολωρίδας σήματος είναι επίσης χαμηλή. Από την άποψη του ελέγχου EMI, αυτή είναι η καλύτερη διαθέσιμη δομή PCB 4 επιπέδων. Στο δεύτερο σχήμα, το εξωτερικό στρώμα χρησιμοποιεί ισχύ και γείωση και τα δύο μεσαία στρώματα χρησιμοποιούν σήματα. Σε σύγκριση με την παραδοσιακή πλακέτα 4 επιπέδων, η βελτίωση είναι μικρότερη και η σύνθετη αντίσταση του ενδιάμεσου στρώματος είναι τόσο φτωχή όσο η παραδοσιακή πλακέτα 4 επιπέδων.

Εάν θέλετε να ελέγξετε την σύνθετη αντίσταση του ίχνους, το παραπάνω σχήμα στοίβαξης πρέπει να είναι πολύ προσεκτικό για να τακτοποιήσει τα ίχνη κάτω από τις χάλκινες νησίδες ισχύος και γείωσης. Επιπλέον, οι χάλκινες νησίδες στο τροφοδοτικό ή στο στρώμα γείωσης θα πρέπει να διασυνδέονται όσο το δυνατόν περισσότερο για να εξασφαλίζεται συνδεσιμότητα DC και χαμηλής συχνότητας.

Πίνακας 6 στρώσεων

Εάν η πυκνότητα των εξαρτημάτων σε μια πλακέτα 4 στρώσεων είναι σχετικά υψηλή, μια πλακέτα 6 στρώσεων είναι η καλύτερη. Ωστόσο, ορισμένα σχέδια στοίβαξης στη σχεδίαση της πλακέτας 6 επιπέδων δεν είναι αρκετά καλά για να θωρακίσουν το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο και έχουν μικρή επίδραση στη μείωση του μεταβατικού σήματος του διαύλου ισχύος. Δύο παραδείγματα συζητούνται παρακάτω.

Στην πρώτη περίπτωση, το τροφοδοτικό και η γείωση τοποθετούνται στο 2ο και 5ο στρώμα αντίστοιχα. Λόγω της υψηλής σύνθετης αντίστασης της επίστρωσης χαλκού του τροφοδοτικού, είναι πολύ δυσμενής ο έλεγχος της ακτινοβολίας EMI κοινής λειτουργίας. Ωστόσο, από την άποψη του ελέγχου σύνθετης αντίστασης σήματος, αυτή η μέθοδος είναι πολύ σωστή.