Postoji mnogo načina za rješavanje EMI problema. Moderne metode suzbijanja EMI uključuju: korištenje premaza za suzbijanje EMI, odabir odgovarajućih dijelova za suzbijanje EMI i dizajn simulacije EMI. Počevši od najosnovnijeg PCB layout, ovaj članak raspravlja o ulozi i tehnikama dizajna PCB slojevitog slaganja u kontroli EMI zračenja.

Razumno postavljanje kondenzatora odgovarajućeg kapaciteta u blizini pinova napajanja IC-a može dovesti do bržeg skoka izlaznog napona IC-a. Međutim, problem ovdje ne prestaje. Zbog ograničenog frekvencijskog odziva kondenzatora, to čini kondenzatore nesposobnim generirati harmonijsku snagu potrebnu za čist izlaz IC-a u punom frekvencijskom pojasu. Osim toga, prijelazni napon formiran na traci sabirnice snage će formirati pad napona na induktoru puta za razdvajanje. Ovi prolazni naponi su glavni izvori smetnji EMI uobičajenog načina rada. Kako bismo trebali riješiti ove probleme?

Što se IC-a na našoj pločici tiče, sloj snage oko IC-a može se smatrati izvrsnim visokofrekventnim kondenzatorom, koji može prikupiti dio energije propuštene diskretnim kondenzatorom koji daje visokofrekventnu energiju za čiste izlaz. Osim toga, induktivnost dobrog sloja snage trebala bi biti mala, tako da je prijelazni signal sintetiziran induktivitetom također mali, čime se smanjuje EMI zajedničkog moda.

Naravno, veza između power layera i IC power pin mora biti što kraća, jer je rastući rub digitalnog signala sve brži i brži, a najbolje ga je spojiti izravno na pad gdje se IC napajanje pin se nalazi. O tome treba posebno razgovarati.

Da bi se kontrolirao EMI u zajedničkom modu, ravnina napajanja mora pomoći u razdvajanju i imati dovoljno nisku induktivnost. Ovaj motorni avion mora biti dobro dizajniran par električnih aviona. Netko će se možda pitati koliko je dobro? Odgovor na pitanje ovisi o slojevitosti napajanja, materijalima između slojeva i radnoj frekvenciji (odnosno, funkciji vremena porasta IC-a). Općenito, razmak energetskog sloja je 6 mil, a međusloj je FR4 materijal, ekvivalentna kapacitivnost sloja snage po kvadratnom inču je oko 75 pF. Očito, što je manji razmak slojeva, veći je kapacitet.

Nema puno uređaja s vremenom porasta od 100 do 300 ps, ​​ali prema trenutnoj brzini razvoja IC-a, uređaji s vremenom porasta u rasponu od 100 do 300 ps zauzimat će veliki udio. Za krugove s vremenom porasta od 100 do 300ps, razmak slojeva od 3 mil više neće biti prikladan za većinu primjena. U to vrijeme bilo je potrebno koristiti tehnologiju nanošenja slojeva s razmakom slojeva manjim od 1 mil, te zamijeniti FR4 dielektrične materijale materijalima s visokim dielektričnim konstantama. Sada, keramika i keramička plastika mogu zadovoljiti zahtjeve dizajna krugova s ​​vremenom porasta od 100 do 300 ps.

Iako se novi materijali i nove metode mogu koristiti u budućnosti, za današnje uobičajene krugove s vremenom porasta od 1 do 3 ns, razmak slojeva od 3 do 6 mil i FR4 dielektrične materijale, obično je dovoljno za rukovanje vrhunskim harmonicima i učiniti prijelazni signal dovoljno niskim. , to jest, EMI u zajedničkom načinu rada može se smanjiti vrlo nisko. Primjeri dizajna slojevitog slaganja PCB-a dani u ovom članku pretpostavljaju razmak slojeva od 3 do 6 mils.

Elektromagnetska zaštita

Iz perspektive tragova signala, dobra strategija slojevitosti trebala bi biti stavljanje svih tragova signala na jedan ili više slojeva, ti slojevi su pored sloja snage ili sloja zemlje. Za napajanje, dobra strategija slojevitosti trebala bi biti da je energetski sloj susjedni sloju zemlje, a udaljenost između sloja energije i prizemnog sloja je što manja. To je ono što nazivamo strategijom “slojeviti”.

PCB slaganje

Kakva strategija slaganja može pomoći u zaštiti i suzbijanju EMI-ja? Sljedeća slojevita shema slaganja pretpostavlja da struja napajanja teče na jednom sloju, a jedan napon ili više napona su raspoređeni u različitim dijelovima istog sloja. O slučaju višestrukih slojeva moći će se raspravljati kasnije.

4-slojna ploča

Postoji nekoliko potencijalnih problema s dizajnom 4-slojne ploče. Prije svega, tradicionalna četveroslojna ploča debljine 62 mils, čak i ako je sloj signala na vanjskom sloju, a sloj snage i tla na unutarnjem sloju, udaljenost između sloja snage i sloja zemlje je još uvijek prevelika.

Ako je zahtjev za troškovima prvi, možete razmotriti sljedeće dvije alternative tradicionalnoj 4-slojnoj ploči. Ova dva rješenja mogu poboljšati performanse suzbijanja EMI-ja, ali su prikladna samo za aplikacije gdje je gustoća komponenti na ploči dovoljno niska i ima dovoljno prostora oko komponenti (postavite potrebni bakreni sloj snage).

Prva opcija je prvi izbor. Vanjski slojevi PCB-a su svi slojevi tla, a srednja dva sloja su slojevi signala/snage. Napajanje na signalnom sloju je usmjereno širokom linijom, što može učiniti impedanciju staze struje napajanja niskom, a impedancija mikrotrakaste staze signala je također niska. Iz perspektive EMI kontrole, ovo je najbolja 4-slojna PCB struktura dostupna. U drugoj shemi, vanjski sloj koristi napajanje i uzemljenje, a srednja dva sloja koriste signale. U usporedbi s tradicionalnom 4-slojnom pločom, poboljšanje je manje, a međuslojna impedancija je loša kao i kod tradicionalne 4-slojne ploče.

Ako želite kontrolirati impedanciju traga, gornja shema slaganja mora biti vrlo pažljiva kako biste rasporedili tragove ispod napajanja i uzemljenja bakrenih otoka. Osim toga, bakreni otoci na napajanju ili sloju uzemljenja trebaju biti međusobno povezani što je više moguće kako bi se osigurala istosmjerna i niskofrekventna povezanost.

6-slojna ploča

Ako je gustoća komponenti na 4-slojnoj ploči relativno visoka, najbolja je ploča sa 6 slojeva. Međutim, neke sheme slaganja u dizajnu 6-slojne ploče nisu dovoljno dobre za zaštitu od elektromagnetskog polja i imaju mali učinak na smanjenje prijelaznog signala sabirnice napajanja. U nastavku se raspravlja o dva primjera.

U prvom slučaju, napajanje i uzemljenje postavljeni su na 2. odnosno 5. sloj. Zbog visoke impedancije bakrene prevlake izvora napajanja, vrlo je nepovoljno kontrolirati EMI zračenje zajedničkog moda. Međutim, sa stajališta kontrole impedancije signala, ova metoda je vrlo ispravna.