ישנן דרכים רבות לפתור בעיות EMI. שיטות דיכוי EMI מודרניות כוללות: שימוש בציפויי דיכוי EMI, בחירת חלקי דיכוי EMI מתאימים ועיצוב הדמיית EMI. החל מהבסיסי ביותר PCB פריסה, מאמר זה דן בתפקיד ובטכניקות העיצוב של ערימת שכבות PCB בבקרת קרינת EMI.

מיקום סביר של קבלים בעלי קיבולת מתאימה ליד פיני אספקת החשמל של ה-IC יכול לגרום למתח המוצא של IC לקפוץ מהר יותר. עם זאת, הבעיה לא מסתיימת כאן. בשל תגובת התדר המוגבלת של קבלים, הדבר גורם לכך שהקבלים אינם מסוגלים לייצר את ההספק ההרמוני הנדרש כדי להניע את פלט ה-IC בצורה נקייה ברצועת התדרים המלאה. בנוסף, המתח הזמני הנוצר על פס הכוח יצור מפל מתח על פני המשרן של נתיב הניתוק. מתחים ארעיים אלה הם מקורות ההפרעות העיקריים של EMI במצב נפוץ. כיצד עלינו לפתור את הבעיות הללו?

בכל הנוגע ל-IC במעגל שלנו, ניתן להתייחס לשכבת הכוח סביב ה-IC כקבל מעולה בתדר גבוה, שיכול לאסוף את החלק של האנרגיה שדולף על ידי הקבל הבדיד המספק אנרגיה בתדר גבוה לניקיון תְפוּקָה. בנוסף, השראות של שכבת הספק טובה צריכה להיות קטנה, ולכן האות החולף המסונתז על ידי השראות קטן גם הוא, ובכך מפחית את EMI במצב נפוץ.

כמובן שהחיבור בין שכבת הכוח לפין ה-IC חייב להיות קצר ככל האפשר, כי הקצה העולה של האות הדיגיטלי הולך ונהיה מהיר יותר ויותר, ועדיף לחבר אותו ישירות למשטח שבו מתח ה-IC סיכה ממוקמת. צריך לדון בזה בנפרד.

על מנת לשלוט ב-EMI במצב משותף, מישור הכוח חייב לסייע בניתוק ובעל השראות נמוכה מספיק. מטוס כוח זה חייב להיות זוג מתוכנן היטב של מטוסי כוח. מישהו יכול לשאול, כמה טוב זה טוב? התשובה לשאלה תלויה בשכבות של ספק הכוח, בחומרים בין השכבות ובתדירות הפעולה (כלומר, פונקציה של זמן העלייה של ה-IC). בדרך כלל, המרווח של שכבת הכוח הוא 6 מיליליטר, והשכבה הבין היא חומר FR4, הקיבול המקביל של שכבת הכוח לאינץ’ רבוע הוא בערך 75pF. ברור שככל שמרווח השכבות קטן יותר, הקיבול גדול יותר.

אין הרבה מכשירים עם זמן עלייה של 100 עד 300 ps, ​​אבל לפי מהירות הפיתוח הנוכחית של IC, מכשירים עם זמן עלייה בטווח של 100 עד 300 ps יתפסו שיעור גבוה. עבור מעגלים עם זמן עלייה של 100 עד 300ps, מרווח שכבות של 3mil לא יתאים יותר לרוב היישומים. באותה תקופה, היה צורך להשתמש בטכנולוגיית שכבות עם מרווח שכבות של פחות מ-1 מיל, ולהחליף חומרים דיאלקטריים FR4 בחומרים בעלי קבועים דיאלקטריים גבוהים. כעת, קרמיקה ופלסטיק קרמי יכולים לעמוד בדרישות העיצוב של מעגלי זמן עלייה של 100 עד 300 ps.

למרות שעשויים להשתמש בחומרים חדשים ובשיטות חדשות בעתיד, עבור מעגלי זמן העלייה הנפוצים של היום 1 עד 3ns, מרווח שכבות של 3 עד 6 מיל וחומרים דיאלקטריים FR4, זה בדרך כלל מספיק כדי להתמודד עם הרמוניות מתקדמים ולהפוך את האות החולף לנמוך מספיק , כלומר, ניתן להפחית EMI במצב Common במצב נמוך מאוד. דוגמאות עיצוב הערמה בשכבות PCB שניתנו במאמר זה יניחו מרווח שכבות של 3 עד 6 מיל.

מיגון אלקטרומגנטי

מנקודת המבט של עקבות האות, אסטרטגיית שכבות טובה צריכה להיות לשים את כל עקבות האות על שכבה אחת או יותר, שכבות אלו נמצאות ליד שכבת הכוח או שכבת הקרקע. עבור אספקת החשמל, אסטרטגיית שכבות טובה צריכה להיות ששכבת הכוח צמודה לשכבת הקרקע, והמרחק בין שכבת הכוח לשכבת הקרקע קטן ככל האפשר. זה מה שאנו מכנים אסטרטגיית “השכבות”.

ערימת PCB

איזה סוג של אסטרטגיית ערימה יכולה לעזור להגן על EMI ולדכא אותו? סכימת הערימה השכבתית הבאה מניחה שזרם אספקת הכוח זורם על שכבה אחת, והמתח הבודד או המתחים המרובים מופצים בחלקים שונים של אותה שכבה. המקרה של שכבות כוח מרובות יידון בהמשך.

לוח 4 שכבות

ישנן מספר בעיות פוטנציאליות בעיצוב לוח 4 שכבות. קודם כל, לוח ארבע השכבות המסורתי בעובי של 62 מיל, גם אם שכבת האות נמצאת על השכבה החיצונית, ושכבות הכוח והקרקע נמצאות בשכבה הפנימית, המרחק בין שכבת הכוח לשכבת הקרקע. עדיין גדול מדי.

אם דרישת העלות היא הראשונה, אתה יכול לשקול את שתי החלופות הבאות ללוח המסורתי בן 4 השכבות. שני הפתרונות הללו יכולים לשפר את הביצועים של דיכוי EMI, אך הם מתאימים רק ליישומים שבהם צפיפות הרכיבים על הלוח נמוכה מספיק ויש מספיק שטח מסביב לרכיבים (הנח את שכבת הנחושת הנדרשת).

האפשרות הראשונה היא הבחירה הראשונה. השכבות החיצוניות של ה-PCB הן כולן שכבות קרקע, ושתי השכבות האמצעיות הן שכבות אות/כוח. ספק הכוח בשכבת האות מנותב עם קו רחב, מה שיכול להפוך את עכבת הנתיב של זרם ספק הכוח לנמוכה, והעכבה של נתיב המיקרו-סטריפ האות נמוכה גם היא. מנקודת המבט של בקרת EMI, זהו מבנה ה-PCB בעל 4 השכבות הטוב ביותר הקיים. בסכימה השנייה, השכבה החיצונית משתמשת בכוח ובאדמה, ושתי השכבות האמצעיות משתמשות באותות. בהשוואה ללוח 4-שכבתי המסורתי, השיפור קטן יותר, ועכבת הבין-שכבות גרועה כמו הלוח המסורתי 4-שכבתי.

אם אתה רוצה לשלוט על עכבת העקבות, ערכת הערימה שלעיל חייבת להיות זהירה מאוד כדי לסדר את העקבות מתחת לאיי הנחושת הכוח והקרקע. בנוסף, יש לחבר את איי הנחושת על ספק הכוח או שכבת ההארקה ככל האפשר כדי להבטיח קישוריות DC ותדר נמוך.

לוח 6 שכבות

אם צפיפות הרכיבים בלוח 4 שכבות גבוהה יחסית, עדיף לוח 6 שכבות. עם זאת, חלק מתכניות הערמה בעיצוב הלוח בן 6 השכבות אינן מספיק טובות כדי להגן על השדה האלקטרומגנטי, ויש להן השפעה מועטה על הפחתת האות החולף של אפיק הכוח. שתי דוגמאות נדון להלן.

במקרה הראשון, ספק הכוח והאדמה ממוקמים על השכבה השנייה והחמישית בהתאמה. בגלל העכבה הגבוהה של ציפוי הנחושת של ספק הכוח, זה מאוד לא נוח לשלוט בקרינת EMI במצב נפוץ. עם זאת, מנקודת המבט של בקרת עכבת האות, שיטה זו נכונה מאוד.