Il existe de nombreuses façons de résoudre les problèmes EMI. Les méthodes modernes de suppression des EMI comprennent : l’utilisation de revêtements de suppression des EMI, la sélection des pièces de suppression des EMI appropriées et la conception de la simulation des EMI. En partant du plus basique PCB mise en page, cet article traite du rôle et des techniques de conception de l’empilement en couches de PCB dans le contrôle du rayonnement EMI.

Placer raisonnablement des condensateurs de capacité appropriée à proximité des broches d’alimentation du circuit intégré peut accélérer le saut de tension de sortie du circuit intégré. Cependant, le problème ne s’arrête pas là. En raison de la réponse en fréquence limitée des condensateurs, cela rend les condensateurs incapables de générer la puissance harmonique requise pour piloter proprement la sortie du circuit intégré dans toute la bande de fréquence. De plus, la tension transitoire formée sur la barre omnibus d’alimentation formera une chute de tension aux bornes de l’inductance du chemin de découplage. Ces tensions transitoires sont les principales sources d’interférence EMI en mode commun. Comment devrions-nous résoudre ces problèmes?

En ce qui concerne le circuit intégré de notre carte de circuit imprimé, la couche d’alimentation autour du circuit intégré peut être considérée comme un excellent condensateur haute fréquence, qui peut collecter la partie de l’énergie perdue par le condensateur discret qui fournit de l’énergie haute fréquence pour nettoyer sortir. De plus, l’inductance d’une bonne couche de puissance doit être petite, de sorte que le signal transitoire synthétisé par l’inductance est également petit, réduisant ainsi les interférences électromagnétiques en mode commun.

Bien sûr, la connexion entre la couche d’alimentation et la broche d’alimentation IC doit être aussi courte que possible, car le front montant du signal numérique devient de plus en plus rapide, et il est préférable de le connecter directement au pad où l’alimentation IC la goupille est localisée. Cela doit être discuté séparément.

Afin de contrôler les interférences électromagnétiques en mode commun, le plan de puissance doit aider au découplage et avoir une inductance suffisamment faible. Cet avion de puissance doit être une paire d’avions de puissance bien conçue. Quelqu’un peut demander, à quel point c’est bon? La réponse à la question dépend de la superposition de l’alimentation, des matériaux entre les couches et de la fréquence de fonctionnement (c’est-à-dire une fonction du temps de montée du CI). Généralement, l’espacement de la couche d’alimentation est de 6 mil et la couche intermédiaire est en matériau FR4, la capacité équivalente de la couche d’alimentation par pouce carré est d’environ 75 pF. Évidemment, plus l’espacement des couches est petit, plus la capacité est grande.

Il n’y a pas beaucoup d’appareils avec un temps de montée de 100 à 300 ps, ​​mais selon la vitesse actuelle de développement des circuits intégrés, les appareils avec un temps de montée de 100 à 300 ps occuperont une proportion élevée. Pour les circuits avec un temps de montée de 100 à 300 ps, ​​l’espacement des couches de 3 mil ne conviendra plus à la plupart des applications. À cette époque, il était nécessaire d’utiliser une technologie de stratification avec un espacement de couche inférieur à 1 mil et de remplacer les matériaux diélectriques FR4 par des matériaux à constantes diélectriques élevées. Désormais, les céramiques et les plastiques céramiques peuvent répondre aux exigences de conception des circuits à temps de montée de 100 à 300 ps.

Bien que de nouveaux matériaux et de nouvelles méthodes puissent être utilisés à l’avenir, pour les circuits à temps de montée courants de 1 à 3 ns, l’espacement des couches de 3 à 6 mil et les matériaux diélectriques FR4, il suffit généralement de gérer les harmoniques haut de gamme et de rendre le signal transitoire suffisamment faible. , c’est-à-dire , les interférences électromagnétiques en mode commun peuvent être réduites très bas. Les exemples de conception d’empilement en couches de PCB donnés dans cet article supposeront un espacement des couches de 3 à 6 mils.

Blindage électromagnétique

Du point de vue des traces de signal, une bonne stratégie de superposition devrait consister à placer toutes les traces de signal sur une ou plusieurs couches, ces couches se trouvant à côté de la couche d’alimentation ou de la couche de masse. Pour l’alimentation électrique, une bonne stratégie de superposition devrait être que la couche d’alimentation soit adjacente à la couche de terre et que la distance entre la couche d’alimentation et la couche de terre soit aussi petite que possible. C’est ce que nous appelons la stratégie de « stratification ».

Empilage de PCB

Quel type de stratégie d’empilement peut aider à protéger et à supprimer les interférences électromagnétiques ? Le schéma d’empilement en couches suivant suppose que le courant d’alimentation circule sur une seule couche et que la tension unique ou les tensions multiples sont réparties dans différentes parties de la même couche. Le cas de plusieurs couches de puissance sera discuté plus loin.

panneau à 4 couches

Il existe plusieurs problèmes potentiels avec la conception de la carte à 4 couches. Tout d’abord, la carte traditionnelle à quatre couches d’une épaisseur de 62 mils, même si la couche de signal se trouve sur la couche externe et que les couches d’alimentation et de masse sont sur la couche interne, la distance entre la couche d’alimentation et la couche de masse est encore trop grand.

Si l’exigence de coût est la première, vous pouvez envisager les deux alternatives suivantes au panneau traditionnel à 4 couches. Ces deux solutions peuvent améliorer les performances de suppression EMI, mais elles ne conviennent qu’aux applications où la densité des composants sur la carte est suffisamment faible et il y a suffisamment de surface autour des composants (placez la couche de cuivre d’alimentation requise).

La première option est le premier choix. Les couches externes du PCB sont toutes des couches de masse et les deux couches du milieu sont des couches de signal/puissance. L’alimentation sur la couche de signal est acheminée avec une ligne large, ce qui peut réduire l’impédance du chemin du courant d’alimentation, et l’impédance du chemin du signal microruban est également faible. Du point de vue du contrôle EMI, il s’agit de la meilleure structure PCB à 4 couches disponible. Dans le second schéma, la couche externe utilise l’alimentation et la terre, et les deux couches intermédiaires utilisent des signaux. Par rapport à la carte traditionnelle à 4 couches, l’amélioration est plus petite et l’impédance intercalaire est aussi faible que la carte traditionnelle à 4 couches.

Si vous souhaitez contrôler l’impédance de la piste, le schéma d’empilement ci-dessus doit être très prudent pour disposer les pistes sous les îlots de cuivre d’alimentation et de terre. De plus, les îlots de cuivre sur l’alimentation ou la couche de terre doivent être interconnectés autant que possible pour assurer une connectivité CC et basse fréquence.

panneau à 6 couches

Si la densité des composants sur une carte à 4 couches est relativement élevée, une carte à 6 couches est la meilleure. Cependant, certains schémas d’empilement dans la conception de carte à 6 couches ne sont pas assez bons pour protéger le champ électromagnétique et ont peu d’effet sur la réduction du signal transitoire du bus d’alimentation. Deux exemples sont discutés ci-dessous.

Dans le premier cas, l’alimentation et la masse sont placées respectivement sur les 2ème et 5ème couches. En raison de la haute impédance du revêtement en cuivre de l’alimentation, il est très défavorable de contrôler le rayonnement EMI en mode commun. Cependant, du point de vue du contrôle de l’impédance du signal, cette méthode est très correcte.