Az EMI problémák megoldásának számos módja van. A modern EMI-elnyomási módszerek a következők: EMI-szűrő bevonatok használata, megfelelő EMI-elnyomó alkatrészek kiválasztása és EMI-szimulációs tervezés. A legalapvetőbbtől kezdve PCB Ez a cikk a nyomtatott áramköri lapok rétegelt egymásra helyezésének szerepét és tervezési technikáit tárgyalja az EMI-sugárzás szabályozásában.

A megfelelő kapacitású kondenzátorok ésszerű elhelyezése az IC tápegység érintkezői közelében gyorsabbá teheti az IC kimeneti feszültségugrását. A probléma azonban itt nem ér véget. A kondenzátorok korlátozott frekvenciamenete miatt a kondenzátorok nem tudják előállítani azt a harmonikus teljesítményt, amely az IC kimenet tiszta meghajtásához szükséges a teljes frekvenciasávban. Ezenkívül a teljesítménysínen kialakuló tranziens feszültség feszültségesést hoz létre a szétválasztó út tekercsében. Ezek a tranziens feszültségek a fő közös módusú EMI interferencia források. Hogyan oldjuk meg ezeket a problémákat?

Ami az áramköri kártyánkon lévő IC-t illeti, az IC körüli teljesítményréteg kiváló nagyfrekvenciás kondenzátornak tekinthető, amely képes összegyűjteni a diszkrét kondenzátor által kiszivárgott energiának azt a részét, amely nagyfrekvenciás energiát biztosít a tisztaság érdekében. Kimenet. Ezenkívül egy jó teljesítményréteg induktivitásának kicsinek kell lennie, így az induktivitás által szintetizált tranziens jel is kicsi, ezáltal csökkentve a közös módusú EMI-t.

Természetesen a tápréteg és az IC tápérintkezője közötti kapcsolatnak a lehető legrövidebbnek kell lennie, mert a digitális jel felfutó éle egyre gyorsabban megy, és a legjobb, ha közvetlenül a padhoz csatlakoztatja, ahol az IC tápellátása történik. pin található. Ezt külön kell megvitatni.

A közös módú EMI vezérléséhez a teljesítménysíknak segítenie kell a szétkapcsolást, és kellően alacsony induktivitással kell rendelkeznie. Ennek az erősíknak egy jól megtervezett erősíkpárnak kell lennie. Valaki megkérdezheti, mennyire jó a jó? A kérdésre adott válasz függ a tápegység rétegzettségétől, a rétegek közötti anyagoktól és a működési frekvenciától (azaz az IC felfutási idejének függvényétől). Általában a teljesítményréteg távolsága 6 mil, a közbenső réteg pedig FR4 anyag, a teljesítményréteg négyzethüvelykenkénti ekvivalens kapacitása körülbelül 75 pF. Nyilvánvaló, hogy minél kisebb a rétegtávolság, annál nagyobb a kapacitás.

100-300 ps-os felfutási idővel nem sok eszköz létezik, de a jelenlegi IC-fejlesztési sebesség szerint a 100-300 ps-os emelkedési idővel rendelkező készülékek nagy arányt foglalnak el. A 100 és 300 ps közötti emelkedési idővel rendelkező áramkörök esetében a 3 miles rétegtávolság már nem lesz megfelelő a legtöbb alkalmazáshoz. Ekkor már 1 mil-nél kisebb rétegtávolságú rétegezési technológiát kellett alkalmazni, illetve az FR4 dielektromos anyagokat nagy dielektromos állandójú anyagokkal helyettesíteni. A kerámia és a kerámia műanyagok most már megfelelnek a 100-300 ps emelkedési idő áramkörök tervezési követelményeinek.

Bár a jövőben új anyagokat és új módszereket alkalmazhatnak, a manapság általánosan elterjedt 1-3 ns-os emelkedési idős áramkörök, 3-6 mil rétegtávolság és FR4 dielektromos anyagok esetében általában elegendő a csúcsminőségű harmonikusok kezelése és a tranziens jel elég alacsonyra állítása. , vagyis a Common mode EMI nagyon alacsonyra csökkenthető. Az ebben a cikkben bemutatott nyomtatott áramköri lapok rétegelt egymásra helyezésének tervezési példái 3–6 miles rétegtávolságot feltételeznek.

Elektromágneses árnyékolás

A jelnyomok szempontjából jó rétegezési stratégia az, hogy az összes jelnyomot egy vagy több rétegre helyezzük, ezek a rétegek a teljesítményréteg vagy az alapréteg mellett találhatók. A tápegység esetében a jó rétegezési stratégia az, hogy a tápréteg szomszédos a talajréteggel, és a tápréteg és a talajréteg közötti távolság a lehető legkisebb legyen. Ezt nevezzük „rétegezési” stratégiának.

PCB halmozás

Milyen halmozási stratégia segíthet megvédeni és elnyomni az EMI-t? A következő réteges halmozási séma azt feltételezi, hogy a tápegység árama egyetlen rétegen folyik, és az egyetlen feszültség vagy több feszültség ugyanannak a rétegnek különböző részein van elosztva. A több teljesítményréteg esetét később tárgyaljuk.

4 rétegű tábla

A 4 rétegű tábla kialakításával számos lehetséges probléma merülhet fel. Először is a hagyományos négyrétegű, 62 mil vastagságú tábla, még akkor is, ha a külső rétegen van a jelréteg, a belső rétegen pedig a teljesítmény és a talajréteg, a tápréteg és a talajréteg távolsága még mindig túl nagy.

Ha a költségigény az első, akkor a hagyományos 4 rétegű tábla következő két alternatívája jöhet szóba. Ez a két megoldás javíthatja az EMI-elnyomás teljesítményét, de csak olyan alkalmazásokra alkalmasak, ahol az alkatrészsűrűség a táblán elég alacsony, és elegendő terület van az alkatrészek körül (a szükséges teljesítményű rézréteg elhelyezése).

Az első lehetőség az első választás. A PCB külső rétegei mind földi rétegek, a középső két réteg pedig jel/teljesítmény réteg. A jelrétegen a tápellátást széles vezeték vezeti, ami miatt a tápáram úti impedanciája alacsony lehet, és a jel mikroszalag út impedanciája is alacsony. Az EMI vezérlés szempontjából ez a legjobb elérhető 4 rétegű PCB struktúra. A második sémában a külső réteg áramot és földet, a középső két réteg pedig jeleket használ. A hagyományos 4 rétegű táblával összehasonlítva a javulás kisebb, és a rétegek közötti impedancia is olyan gyenge, mint a hagyományos 4 rétegű lapé.

Ha szabályozni akarja a nyomkövetési impedanciát, a fenti halmozási sémának nagyon óvatosnak kell lennie a nyomvonalak elrendezésében a táp- és a földelt rézszigetek alatt. Ezenkívül a tápegységen vagy a földrétegen lévő rézszigeteket a lehető legnagyobb mértékben össze kell kapcsolni, hogy biztosítsák az egyenáramú és az alacsony frekvenciájú csatlakozást.

6 rétegű tábla

Ha egy 4 rétegű lapon viszonylag nagy az alkatrészek sűrűsége, akkor a 6 rétegű lap a legjobb. A 6 rétegű kártyakialakításban azonban egyes halmozási sémák nem elég jók az elektromágneses mező árnyékolásához, és csekély hatásuk van a teljesítménybusz tranziens jelének csökkentésére. Az alábbiakban két példát tárgyalunk.

Az első esetben a tápegység és a földelés a 2. és 5. rétegre kerül. A tápegység rézbevonatának nagy impedanciája miatt nagyon kedvezőtlen a közös módú EMI sugárzás szabályozása. A jelimpedancia szabályozás szempontjából azonban ez a módszer nagyon helyes.