Yra daug būdų, kaip išspręsti EMI problemas. Šiuolaikiniai EMI slopinimo metodai apima: EMI slopinimo dangų naudojimą, tinkamų EMI slopinimo dalių parinkimą ir EMI modeliavimo dizainą. Pradedant nuo elementariausių PCB Išdėstymas, šiame straipsnyje aptariamas PCB sluoksniuotos sudėties vaidmuo ir projektavimo metodai kontroliuojant EMI spinduliuotę.

Protingai padėjus atitinkamos talpos kondensatorius šalia IC maitinimo kaiščių, IC išėjimo įtampa gali šoktelėti greičiau. Tačiau problema čia nesibaigia. Dėl riboto kondensatorių dažnio atsako kondensatoriai negali generuoti harmoninės galios, reikalingos švariai valdyti IC išvestį visoje dažnių juostoje. Be to, maitinimo magistralės juostoje susidariusi pereinamoji įtampa sudarys įtampos kritimą per atjungimo kelio induktorių. Šios pereinamosios įtampos yra pagrindiniai bendrojo režimo EMI trikdžių šaltiniai. Kaip turėtume išspręsti šias problemas?

Kalbant apie mūsų plokštės IC, galios sluoksnis aplink IC gali būti laikomas puikiu aukšto dažnio kondensatoriumi, kuris gali surinkti dalį energijos, nutekėjusios iš atskirojo kondensatoriaus, kuris užtikrina aukšto dažnio energiją švariai. išvestis. Be to, gero galios sluoksnio induktyvumas turėtų būti mažas, todėl induktyvumo sintezuojamas pereinamasis signalas taip pat yra mažas, todėl sumažėja bendro režimo EMI.

Žinoma, jungtis tarp maitinimo sluoksnio ir IC maitinimo kaiščio turi būti kuo trumpesnė, nes skaitmeninio signalo kylantis kraštas vis spartėja ir geriausia jį jungti tiesiai į trinkelę, kurioje tiekiamas IC maitinimas. yra kaištis. Tai reikia aptarti atskirai.

Norint valdyti bendrojo režimo EMI, galios plokštuma turi padėti atsieti ir turėti pakankamai mažą induktyvumą. Ši jėgos plokštuma turi būti gerai suprojektuota jėgos plokštumų pora. Kas nors gali paklausti, kaip gerai yra gerai? Atsakymas į klausimą priklauso nuo maitinimo šaltinio sluoksnių, medžiagų tarp sluoksnių ir veikimo dažnio (tai yra nuo IC kilimo laiko funkcijos). Paprastai atstumas tarp galios sluoksnio yra 6 mil, o tarpsluoksnis yra FR4 medžiaga, lygiavertė galios sluoksnio talpa kvadratiniame colyje yra apie 75 pF. Akivaizdu, kad kuo mažesnis atstumas tarp sluoksnių, tuo didesnė talpa.

Įrenginių, kurių kilimo laikas yra nuo 100 iki 300 ps, ​​nėra daug, tačiau pagal dabartinį IC kūrimo greitį įrenginiai, kurių kilimo laikas yra nuo 100 iki 300 ps, ​​užims didelę dalį. Grandinėms, kurių kilimo laikas yra nuo 100 iki 300 ps, ​​3 mil sluoksnių atstumas daugeliui programų nebetinka. Tuo metu reikėjo naudoti sluoksniavimo technologiją, kai atstumas tarp sluoksnių buvo mažesnis nei 1 mil, o FR4 dielektrines medžiagas pakeisti medžiagomis, turinčiomis didelę dielektrinę konstantą. Dabar keramika ir keramikos plastikai gali atitikti 100–300 ps kilimo laiko grandinių projektavimo reikalavimus.

Nors ateityje gali būti naudojamos naujos medžiagos ir nauji metodai, šiandien įprastoms 1–3 ns kilimo laiko grandinėms, 3–6 mil sluoksnių tarpui ir FR4 dielektrinėms medžiagoms paprastai pakanka apdoroti aukščiausios klasės harmonikas ir padaryti pereinamąjį signalą pakankamai žemą. , tai yra, bendro režimo EMI gali būti sumažintas labai žemai. Šiame straipsnyje pateiktuose PCB sluoksniuotos klojimo projektavimo pavyzdžiuose bus daroma prielaida, kad sluoksnių atstumas yra nuo 3 iki 6 mylių.

Elektromagnetinis ekranavimas

Žvelgiant iš signalo pėdsakų perspektyvos, gera sluoksniavimo strategija turėtų būti visus signalo pėdsakus sudėti į vieną ar daugiau sluoksnių, šie sluoksniai yra šalia maitinimo sluoksnio arba pagrindinio sluoksnio. Maitinimo šaltiniui gera sluoksniavimo strategija turėtų būti tokia, kad maitinimo sluoksnis būtų greta pagrindinio sluoksnio, o atstumas tarp maitinimo sluoksnio ir žemės sluoksnio būtų kuo mažesnis. Tai vadiname „sluoksniavimo“ strategija.

PCB krovimas

Kokia sudėjimo strategija gali padėti apsaugoti ir slopinti EMI? Šioje daugiasluoksnėje schemoje daroma prielaida, kad maitinimo srovė teka viename sluoksnyje, o viena arba kelios įtampos yra paskirstytos skirtingose ​​to paties sluoksnio dalyse. Kelių galios sluoksnių atvejis bus aptartas vėliau.

4 sluoksnių lenta

Yra keletas galimų problemų, susijusių su 4 sluoksnių plokštės dizainu. Visų pirma, tradicinė keturių sluoksnių plokštė, kurios storis 62 mylios, net jei signalo sluoksnis yra išoriniame sluoksnyje, o maitinimo ir žemės sluoksniai yra vidiniame sluoksnyje, atstumas tarp maitinimo sluoksnio ir žemės sluoksnio vis dar per didelis.

Jei išlaidų reikalavimas yra pirmasis, galite apsvarstyti šias dvi tradicinės 4 sluoksnių plokštės alternatyvas. Šie du sprendimai gali pagerinti EMI slopinimo našumą, tačiau jie tinka tik tais atvejais, kai komponentų tankis plokštėje yra pakankamai mažas, o aplink komponentus yra pakankamai vietos (padėkite reikiamos galios vario sluoksnį).

Pirmasis variantas yra pirmasis pasirinkimas. Išoriniai PCB sluoksniai yra visi įžeminimo sluoksniai, o du viduriniai sluoksniai yra signalo / maitinimo sluoksniai. Signalo sluoksnio maitinimo šaltinis yra nukreiptas plačia linija, dėl kurios maitinimo šaltinio srovės varža gali būti žema, o signalo mikrojuostos kelio varža taip pat yra maža. EMI valdymo požiūriu tai yra geriausia 4 sluoksnių PCB struktūra. Antroje schemoje išorinis sluoksnis naudoja maitinimą ir žemę, o viduriniai du sluoksniai naudoja signalus. Palyginti su tradicine 4 sluoksnių plokšte, patobulinimas yra mažesnis, o tarpsluoksnio varža yra tokia pat prasta, kaip ir tradicinės 4 sluoksnių plokštės.

Jei norite valdyti pėdsakų varžą, pirmiau pateikta sukrovimo schema turi būti labai atsargi, kad būtų išdėstyti pėdsakai po maitinimo ir įžeminimo vario salelėmis. Be to, maitinimo arba įžeminimo sluoksnyje esančios varinės salelės turėtų būti kuo labiau sujungtos tarpusavyje, kad būtų užtikrintas nuolatinės srovės ir žemo dažnio ryšys.

6 sluoksnių lenta

Jei 4 sluoksnių plokštės komponentų tankis yra palyginti didelis, geriausia naudoti 6 sluoksnių plokštę. Tačiau kai kurios 6 sluoksnių plokštės konstrukcijos sudėjimo schemos nėra pakankamai geros, kad apsaugotų elektromagnetinį lauką ir turi mažai įtakos trumpalaikiam maitinimo magistralės signalui. Toliau aptariami du pavyzdžiai.

Pirmuoju atveju maitinimo šaltinis ir įžeminimas dedami atitinkamai ant 2 ir 5 sluoksnių. Dėl didelės maitinimo šaltinio varinės dangos varžos labai nepalanku valdyti bendrojo režimo EMI spinduliuotę. Tačiau signalo varžos valdymo požiūriu šis metodas yra labai teisingas.