Hai moitas formas de resolver os problemas de EMI. Os métodos modernos de supresión de EMI inclúen: o uso de revestimentos de supresión de EMI, a selección de pezas de supresión de EMI adecuadas e o deseño de simulación de EMI. Partindo do máis básico PCB deseño, este artigo analiza o papel e as técnicas de deseño do apilamiento en capas de PCB no control da radiación EMI.

Colocar razoablemente capacitores de capacidade adecuada preto dos pinos da fonte de alimentación do IC pode facer que a tensión de saída do IC salte máis rápido. Non obstante, o problema non remata aquí. Debido á resposta de frecuencia limitada dos capacitores, isto fai que os capacitores non poidan xerar a potencia harmónica necesaria para dirixir a saída do IC de forma limpa na banda de frecuencia completa. Ademais, a tensión transitoria formada na barra de bus de enerxía formará unha caída de tensión no indutor do camiño de desacoplamento. Estas tensións transitorias son as principais fontes de interferencia EMI de modo común. Como debemos resolver estes problemas?

No que se refire ao IC da nosa placa de circuíto, a capa de enerxía ao redor do IC pódese considerar un excelente capacitor de alta frecuencia, que pode recoller a parte da enerxía filtrada polo capacitor discreto que proporciona enerxía de alta frecuencia para a limpeza. saída. Ademais, a inductancia dunha boa capa de potencia debe ser pequena, polo que o sinal transitorio sintetizado pola inductancia tamén é pequeno, reducindo así o modo común EMI.

Por suposto, a conexión entre a capa de potencia e o pin de alimentación do IC debe ser o máis curta posible, porque o bordo ascendente do sinal dixital é cada vez máis rápido, e é mellor conectalo directamente á almofada onde se alimenta o IC. sitúase o pin. Isto debe ser discutido por separado.

Para controlar EMI de modo común, o plano de potencia debe axudar ao desacoplamento e ter unha inductancia suficientemente baixa. Este avión de potencia debe ser un par de avións de potencia ben deseñados. Alguén pode preguntar, que bo é bo? A resposta á pregunta depende da estratificación da fonte de alimentación, dos materiais entre as capas e da frecuencia de funcionamento (é dicir, unha función do tempo de subida do IC). Xeralmente, a separación da capa de enerxía é de 6 mil, e a capa intermedia é de material FR4, a capacidade equivalente da capa de enerxía por polgada cadrada é de aproximadamente 75 pF. Obviamente, canto menor sexa o espazo entre capas, maior será a capacidade.

Non hai moitos dispositivos cun tempo de subida de 100 a 300 ps, ​​pero segundo a actual velocidade de desenvolvemento de IC, os dispositivos cun tempo de subida no intervalo de 100 a 300 ps ocuparán unha alta proporción. Para circuítos cun tempo de subida de 100 a 300 ps, ​​o espazo entre capas de 3 mil xa non será axeitado para a maioría das aplicacións. Nese momento, era necesario empregar a tecnoloxía de estratificación cunha separación entre capas inferior a 1 mil, e substituír os materiais dieléctricos FR4 por materiais con altas constantes dieléctricas. Agora, a cerámica e os plásticos cerámicos poden cumprir os requisitos de deseño de circuítos de tempo de subida de 100 a 300 ps.

Aínda que no futuro poden usarse novos materiais e novos métodos, para os circuítos actuais de tempo de subida de 1 a 3 ns, espazamento de capas de 3 a 6 mil e materiais dieléctricos FR4, normalmente é suficiente para manexar os harmónicos de gama alta e facer que o sinal transitorio sexa o suficientemente baixo. , é dicir, o modo común EMI pódese reducir moi baixo. Os exemplos de deseño de apilado en capas de PCB que se dan neste artigo asumirán un espazo entre capas de 3 a 6 mils.

Blindaxe electromagnético

Desde a perspectiva das trazas de sinal, unha boa estratexia de estratificación debería ser poñer todas as trazas de sinal nunha ou máis capas, estas capas están á beira da capa de enerxía ou capa de terra. Para a fonte de alimentación, unha boa estratexia de estratificación debe ser que a capa de enerxía estea adxacente á capa de terra e a distancia entre a capa de enerxía e a capa de terra sexa o máis pequena posible. Isto é o que chamamos estratexia de “estratificación”.

Apilado de PCB

Que tipo de estratexia de acumulación pode axudar a protexer e suprimir EMI? O seguinte esquema de apilado en capas asume que a corrente da fonte de alimentación flúe nunha única capa e que a única ou varias tensións distribúense en diferentes partes da mesma capa. O caso de varias capas de poder comentarase máis adiante.

Placa de 4 capas

Hai varios problemas potenciais co deseño da placa de 4 capas. En primeiro lugar, a placa tradicional de catro capas cun grosor de 62 mils, aínda que a capa de sinal estea na capa exterior, e as capas de enerxía e terra están na capa interior, a distancia entre a capa de enerxía e a capa de terra. aínda é demasiado grande.

Se o requisito de custo é o primeiro, podes considerar as dúas alternativas seguintes ao taboleiro tradicional de 4 capas. Estas dúas solucións poden mellorar o rendemento da supresión de EMI, pero só son axeitadas para aplicacións nas que a densidade de compoñentes na placa é o suficientemente baixa e hai suficiente área arredor dos compoñentes (coloque a capa de cobre necesaria).

A primeira opción é a primeira opción. As capas exteriores do PCB son todas capas de chan, e as dúas capas medias son capas de sinal/potencia. A fonte de alimentación da capa de sinal envíase cunha liña ancha, o que pode facer que a impedancia do camiño da corrente da fonte de alimentación sexa baixa e que a impedancia do camiño da microstrip de sinal tamén sexa baixa. Desde a perspectiva do control EMI, esta é a mellor estrutura de PCB de 4 capas dispoñible. No segundo esquema, a capa exterior usa enerxía e terra, e as dúas capas medias usan sinais. En comparación coa placa tradicional de 4 capas, a mellora é menor e a impedancia entre capas é tan pobre como a placa tradicional de 4 capas.

Se queres controlar a impedancia da traza, o esquema de apilado anterior debe ter moito coidado para organizar os trazos baixo as illas de cobre de enerxía e terra. Ademais, as illas de cobre da fonte de alimentación ou da capa de terra deben estar interconectadas na medida do posible para garantir a conectividade de CC e de baixa frecuencia.

Placa de 6 capas

Se a densidade de compoñentes nunha placa de 4 capas é relativamente alta, é mellor unha placa de 6 capas. Non obstante, algúns esquemas de apilamiento no deseño de placas de 6 capas non son o suficientemente bos como para protexer o campo electromagnético e teñen pouco efecto na redución do sinal transitorio do bus de enerxía. A continuación explícanse dous exemplos.

No primeiro caso, a fonte de alimentación e a terra colócanse na 2ª e 5ª capa respectivamente. Debido á alta impedancia do revestimento de cobre da fonte de alimentación, é moi desfavorable controlar a radiación EMI de modo común. Non obstante, desde o punto de vista do control da impedancia do sinal, este método é moi correcto.