راه های زیادی برای حل مشکلات EMI وجود دارد. روش های مدرن سرکوب EMI عبارتند از: استفاده از پوشش های سرکوب کننده EMI، انتخاب قطعات سرکوب کننده EMI مناسب و طراحی شبیه سازی EMI. شروع از ابتدایی ترین PCB طرح، این مقاله نقش و تکنیک‌های طراحی انباشته لایه‌ای PCB را در کنترل تابش EMI مورد بحث قرار می‌دهد.

قرار دادن منطقی خازن های با ظرفیت مناسب در نزدیکی پایه های منبع تغذیه آی سی می تواند ولتاژ خروجی آی سی را سریعتر افزایش دهد. با این حال، مشکل به اینجا ختم نمی شود. به دلیل پاسخ فرکانسی محدود خازن ها، این امر باعث می شود که خازن ها نتوانند توان هارمونیک مورد نیاز برای هدایت خروجی آی سی را در باند فرکانس کامل تولید کنند. علاوه بر این، ولتاژ گذرا تشکیل شده بر روی میله باس قدرت، افت ولتاژی را در سرتاسر سلف مسیر جداسازی ایجاد می‌کند. این ولتاژهای گذرا منابع اصلی تداخل EMI حالت رایج هستند. چگونه باید این مشکلات را حل کنیم؟

تا آنجایی که به آی سی روی برد مدار ما مربوط می شود، لایه قدرت اطراف آی سی را می توان به عنوان یک خازن با فرکانس بالا عالی در نظر گرفت که می تواند بخشی از انرژی نشت شده توسط خازن گسسته را جمع آوری کند که انرژی فرکانس بالا را برای تمیز کردن فراهم می کند. خروجی علاوه بر این، اندوکتانس یک لایه قدرت خوب باید کوچک باشد، بنابراین سیگنال گذرا سنتز شده توسط اندوکتانس نیز کوچک است، در نتیجه EMI حالت رایج کاهش می‌یابد.

البته اتصال بین لایه پاور و پین پاور آی سی باید تا حد امکان کوتاه باشد، زیرا لبه بالارونده سیگنال دیجیتال سریعتر و سریعتر می شود و بهتر است مستقیماً آن را به پدی که آی سی تغذیه می کند وصل کنید. پین قرار دارد. این باید جداگانه مورد بحث قرار گیرد.

برای کنترل EMI حالت مشترک، صفحه قدرت باید به جدا شدن کمک کند و اندوکتانس به اندازه کافی پایین داشته باشد. این هواپیمای قدرت باید یک جفت هواپیمای قدرتی با طراحی خوب باشد. ممکن است کسی بپرسد که چقدر خوب است؟ پاسخ سوال به لایه بندی منبع تغذیه، مواد بین لایه ها و فرکانس کاری (یعنی تابعی از زمان افزایش آی سی) بستگی دارد. به طور کلی، فاصله لایه قدرت 6 میل است، و لایه میانی از مواد FR4 است، ظرفیت معادل لایه قدرت در هر اینچ مربع حدود 75 pF است. بدیهی است که هر چه فاصله لایه ها کوچکتر باشد، ظرفیت خازنی بیشتر است.

دستگاه های زیادی با زمان افزایش 100 تا 300 ثانیه وجود ندارد، اما با توجه به سرعت توسعه آی سی فعلی، دستگاه هایی با زمان افزایش در محدوده 100 تا 300 ثانیه نسبت بالایی را اشغال خواهند کرد. برای مدارهایی با زمان افزایش 100 تا 300 ثانیه، فاصله لایه 3 میل دیگر برای بیشتر کاربردها مناسب نخواهد بود. در آن زمان استفاده از فناوری لایه‌بندی با فاصله لایه‌ها کمتر از 1 mil و جایگزینی مواد دی‌الکتریک FR4 با مواد با ثابت دی‌الکتریک بالا ضروری بود. اکنون، سرامیک ها و پلاستیک های سرامیکی می توانند الزامات طراحی مدارهای زمان خیز 100 تا 300 ps را برآورده کنند.

اگرچه ممکن است در آینده از مواد جدید و روش های جدید استفاده شود، اما برای مدارهای زمان افزایش 1 تا 3 ثانیه متداول امروزی، فاصله لایه های 3 تا 6 میلی متر و مواد دی الکتریک FR4، معمولاً برای مدیریت هارمونیک های سطح بالا و کاهش سیگنال گذرا کافی است. یعنی می توان EMI حالت مشترک را بسیار کم کرد. نمونه‌های طراحی انباشته لایه‌ای PCB که در این مقاله ارائه شده‌اند، فاصله لایه‌ها را بین 3 تا 6 میل در نظر می‌گیرند.

محافظ الکترومغناطیسی

از منظر ردیابی سیگنال، یک استراتژی لایه بندی خوب باید این باشد که تمام ردپای سیگنال را روی یک یا چند لایه قرار دهیم، این لایه ها در کنار لایه قدرت یا لایه زمین هستند. برای منبع تغذیه، یک استراتژی لایه بندی خوب باید این باشد که لایه قدرت در مجاورت لایه زمین باشد و فاصله بین لایه قدرت و لایه زمین تا حد امکان کم باشد. این همان چیزی است که ما آن را استراتژی “لایه بندی” می نامیم.

انباشته PCB

چه نوع استراتژی انباشتگی می تواند به محافظت و سرکوب EMI کمک کند؟ طرح انباشته لایه ای زیر فرض می کند که جریان منبع تغذیه روی یک لایه جریان می یابد و ولتاژ تک یا چند ولتاژ در قسمت های مختلف همان لایه توزیع می شود. مورد چند لایه قدرت بعداً مورد بحث قرار خواهد گرفت.

تخته 4 لایه

چندین مشکل احتمالی در طراحی تخته 4 لایه وجود دارد. اول از همه، برد چهار لایه سنتی با ضخامت 62 میل، حتی اگر لایه سیگنال در لایه بیرونی باشد، و لایه های قدرت و زمین در لایه داخلی، فاصله بین لایه قدرت و لایه زمین است. هنوز خیلی بزرگ است

اگر هزینه مورد نیاز اول است، می توانید دو گزینه زیر را برای تخته 4 لایه سنتی در نظر بگیرید. این دو راه حل می توانند عملکرد سرکوب EMI را بهبود بخشند، اما آنها فقط برای کاربردهایی مناسب هستند که تراکم اجزا بر روی برد به اندازه کافی کم باشد و اطراف قطعات به اندازه کافی ناحیه وجود داشته باشد (لایه مس توان مورد نیاز را قرار دهید).

گزینه اول اولین انتخاب است. لایه‌های بیرونی PCB همه لایه‌های زمین هستند و دو لایه میانی لایه‌های سیگنال/قدرت هستند. منبع تغذیه در لایه سیگنال با یک خط گسترده هدایت می شود که می تواند امپدانس مسیر جریان منبع تغذیه را کم کند و امپدانس مسیر میکرو نوار سیگنال نیز کم است. از دیدگاه کنترل EMI، این بهترین ساختار PCB 4 لایه موجود است. در طرح دوم، لایه بیرونی از برق و زمین استفاده می کند و دو لایه میانی از سیگنال استفاده می کند. در مقایسه با برد 4 لایه سنتی، بهبود کمتر است و امپدانس بین لایه ای به اندازه برد 4 لایه سنتی ضعیف است.

اگر می خواهید امپدانس ردیابی را کنترل کنید، طرح انباشتگی بالا باید بسیار مراقب باشد تا ردها را در زیر جزایر مسی قدرت و زمین قرار دهید. علاوه بر این، جزایر مسی روی منبع تغذیه یا لایه زمین باید تا حد امکان به هم متصل شوند تا از اتصال DC و فرکانس پایین اطمینان حاصل شود.

تخته 6 لایه

اگر تراکم اجزای یک برد 4 لایه نسبتاً زیاد باشد، تخته 6 لایه بهترین است. با این حال، برخی از طرح های انباشتگی در طراحی تخته 6 لایه به اندازه کافی برای محافظت از میدان الکترومغناطیسی خوب نیستند و تأثیر کمی بر کاهش سیگنال گذرا گذرگاه قدرت دارند. دو نمونه در زیر مورد بحث قرار گرفته است.

در حالت اول، منبع تغذیه و زمین به ترتیب در لایه های 2 و 5 قرار می گیرند. به دلیل امپدانس بالای پوشش مسی منبع تغذیه، کنترل تابش EMI حالت رایج بسیار نامطلوب است. اما از نظر کنترل امپدانس سیگنال، این روش بسیار صحیح است.