EMI probleemide lahendamiseks on palju võimalusi. Kaasaegsed EMI summutamise meetodid hõlmavad järgmist: EMI summutuskatete kasutamine, sobivate EMI summutusosade valimine ja EMI simulatsiooni disain. Alustades kõige elementaarsemast PCB paigutuse, selles artiklis käsitletakse PCB kihilise virnastamise rolli ja disainitehnikaid EMI kiirguse kontrollimisel.

Sobiva võimsusega kondensaatorite mõistlik paigutamine IC toiteallika kontaktide lähedusse võib IC väljundpinge kiiremini hüpata. Kuid probleem ei lõpe siin. Kondensaatorite piiratud sagedusreaktsiooni tõttu ei suuda kondensaatorid genereerida harmoonilist võimsust, mis on vajalik IC väljundi puhtaks juhtimiseks kogu sagedusribas. Lisaks moodustab toitesiini ribal tekkiv siirdepinge pingelangu eraldustee induktiivpoolis. Need siirdepinged on peamised ühisrežiimilised EMI häirete allikad. Kuidas peaksime need probleemid lahendama?

Mis puudutab meie trükkplaadi IC-d, siis IC-d ümbritsevat toitekihti võib pidada suurepäraseks kõrgsageduskondensaatoriks, mis suudab koguda osa diskreetse kondensaatori lekkivast energiast, mis tagab kõrge sagedusega energia puhtaks saamiseks. väljund. Lisaks peaks hea võimsuskihi induktiivsus olema väike, nii et induktiivsuse poolt sünteesitav siirdesignaal on samuti väike, vähendades seeläbi ühisrežiimi EMI-d.

Muidugi peab ühendus toitekihi ja IC toiteviigu vahel olema võimalikult lühike, sest digisignaali tõusev serv muutub järjest kiiremaks ja kõige parem on ühendada see otse padjaga, kus IC toidab. pin asub. Seda tuleb eraldi arutada.

Ühisrežiimi EMI juhtimiseks peab toitetasand aitama lahti ühendada ja omama piisavalt madalat induktiivsust. See jõutasand peab olema hästi läbimõeldud jõutasandite paar. Keegi võib küsida, kui hea on hea? Vastus küsimusele sõltub toiteallika kihilisusest, kihtidevahelistest materjalidest ja töösagedusest (st IC tõusuaja funktsioonist). Üldiselt on toitekihi vahekaugus 6 miili ja vahekiht on FR4 materjal, toitekihi ekvivalentne mahtuvus ruuttolli kohta on umbes 75 pF. Ilmselgelt, mida väiksem on kihtide vahe, seda suurem on mahtuvus.

Seadmeid, mille tõusuaeg on 100–300 ps, ​​pole palju, kuid praeguse IC-arengu kiiruse järgi hõivavad suure osa seadmed, mille tõusuaeg on vahemikus 100–300 ps. Ahelade puhul, mille tõusuaeg on 100–300 ps, ​​ei sobi 3milline kihivahe enamus rakendustes. Sel ajal oli vaja kasutada kihistamise tehnoloogiat, mille kihtide vahe oli väiksem kui 1 mil, ja asendada FR4 dielektrilised materjalid kõrge dielektrilise konstandiga materjalidega. Nüüd saavad keraamika ja keraamilised plastid vastata 100–300 ps tõusuaja ahelate projekteerimisnõuetele.

Kuigi tulevikus võidakse kasutada uusi materjale ja uusi meetodeid, piisab tänapäeval levinud 1 kuni 3 ns tõusuaja ahelate, 3 kuni 6 mil kihivahede ja FR4 dielektriliste materjalide puhul tavaliselt kõrgetasemeliste harmooniliste käsitlemisest ja siirdesignaali piisavalt madalaks muutmisest. , see tähendab, et ühisrežiimi EMI saab väga madalaks vähendada. Selles artiklis toodud PCB kihilise virnastamise kujunduse näidete puhul eeldatakse, et kihtide vahe on 3–6 miili.

Elektromagnetiline varjestus

Signaalijälgede vaatenurgast peaks hea kihistamise strateegia olema panna kõik signaalijäljed ühele või mitmele kihile, need kihid asuvad toitekihi või aluskihi kõrval. Toiteallika jaoks peaks hea kihistamise strateegia olema see, et toitekiht külgneb maapinna kihiga ning vahemaa toitekihi ja maapealse kihi vahel on võimalikult väike. Seda me nimetame “kihistamise” strateegiaks.

PCB virnastamine

Milline virnastamisstrateegia võib aidata EMI-d kaitsta ja maha suruda? Järgmine kihiline virnastamisskeem eeldab, et toiteallika vool voolab ühel kihil ja üks pinge või mitu pinget jaotatakse sama kihi erinevatesse osadesse. Mitme võimsuskihi juhtumit arutatakse hiljem.

4-kihiline plaat

4-kihilise plaadi kujundusega on mitmeid võimalikke probleeme. Esiteks traditsiooniline neljakihiline plaat paksusega 62 miili, isegi kui signaalikiht on väliskihil ning toite- ja maanduskiht on sisemisel kihil, vahemaa toitekihi ja aluskihi vahel on ikka liiga suur.

Kui kulunõue on esimene, võite traditsioonilisele 4-kihilisele plaadile kaaluda kahte järgmist alternatiivi. Need kaks lahendust võivad parandada EMI summutamise jõudlust, kuid sobivad ainult rakendustes, kus komponentide tihedus plaadil on piisavalt madal ja komponentide ümber on piisavalt pinda (asetage vajaliku võimsusega vasekiht).

Esimene võimalus on esimene valik. PCB välimised kihid on kõik maapealsed kihid ja kaks keskmist kihti on signaali/võimsuse kihid. Signaalikihi toiteallikas on suunatud laia joonega, mis võib muuta toiteallika voolu teetakistuse madalaks ja signaali mikroriba tee takistus on samuti madal. EMI juhtimise seisukohast on see parim saadaolev 4-kihiline PCB struktuur. Teises skeemis kasutab välimine kiht toidet ja maandust ning kaks keskmist kihti kasutavad signaale. Võrreldes traditsioonilise 4-kihilise plaadiga on paranemine väiksem ja kihtidevaheline impedants on sama halb kui traditsioonilisel 4-kihilisel plaadil.

Kui soovite kontrollida jäljetakistust, peab ülaltoodud virnastamisskeem olema väga ettevaatlik, et korraldada jäljed toite- ja maandatud vasksaarte all. Lisaks tuleks toiteallika või maanduskihi vasksaared võimalikult palju omavahel ühendada, et tagada alalis- ja madalsageduslik ühenduvus.

6-kihiline plaat

Kui 4-kihilise plaadi komponentide tihedus on suhteliselt kõrge, on 6-kihiline plaat parim. Kuid mõned 6-kihilise plaadi konstruktsiooni virnastamisskeemid ei ole piisavalt head elektromagnetvälja varjestamiseks ja neil on vähe mõju toitesiini siirdesignaali vähendamisele. Allpool käsitletakse kahte näidet.

Esimesel juhul asetatakse toiteallikas ja maandus vastavalt 2. ja 5. kihile. Toiteallika vaskkatte suure impedantsi tõttu on tavarežiimi EMI kiirguse juhtimine väga ebasoodne. Signaali impedantsi juhtimise seisukohalt on see meetod aga väga õige.