Ir daudz veidu, kā atrisināt EMI problēmas. Mūsdienu EMI slāpēšanas metodes ietver: EMI slāpēšanas pārklājumu izmantošanu, atbilstošu EMI slāpēšanas daļu izvēli un EMI simulācijas dizainu. Sākot no visvienkāršākā PCB izkārtojumu, šajā rakstā ir apskatīta PCB slāņveida sakraušanas loma un projektēšanas metodes EMI starojuma kontrolē.

Saprātīgi novietojot atbilstošas ​​jaudas kondensatorus pie IC barošanas avota tapām, IC izejas spriegums var lēkt ātrāk. Tomēr problēma ar to nebeidzas. Kondensatoru ierobežotās frekvences reakcijas dēļ kondensatori nespēj ģenerēt harmonisko jaudu, kas nepieciešama IC izejas tīrai darbināšanai visā frekvenču joslā. Turklāt pārejošais spriegums, kas veidojas uz jaudas kopnes stieņa, veidos sprieguma kritumu pāri atsaistes ceļa induktors. Šie pārejošie spriegumi ir galvenie kopējā režīma EMI traucējumu avoti. Kā mums vajadzētu atrisināt šīs problēmas?

Ciktāl tas attiecas uz mūsu shēmas plates IC, strāvas slāni ap IC var uzskatīt par izcilu augstfrekvences kondensatoru, kas var savākt daļu no enerģijas, kas izplūst no diskrētā kondensatora, kas nodrošina augstfrekvences enerģiju tīrai darbībai. izvade. Turklāt laba jaudas slāņa induktivitātei jābūt mazai, tāpēc pārejas signāls, ko sintezē induktivitāte, ir arī mazs, tādējādi samazinot kopējā režīma EMI.

Protams, savienojumam starp barošanas slāni un IC barošanas kontaktu jābūt pēc iespējas īsākam, jo ​​digitālā signāla augošā mala kļūst arvien ātrāka un vislabāk ir savienot to tieši ar spilventiņu, kur IC barojas. tapa atrodas. Tas ir jāapspriež atsevišķi.

Lai kontrolētu kopējā režīma EMI, jaudas plaknei ir jāpalīdz atvienot un tai jābūt pietiekami zemai induktivitātei. Šai jaudas plaknei jābūt labi izstrādātam spēka plakņu pārim. Kāds var jautāt, cik labs ir labs? Atbilde uz jautājumu ir atkarīga no barošanas avota slāņa, materiāliem starp slāņiem un darbības frekvences (tas ir, IC pieauguma laika funkcija). Parasti jaudas slāņa atstatums ir 6 mili, un starpslānis ir FR4 materiāls, strāvas slāņa ekvivalentā kapacitāte uz kvadrātcollu ir aptuveni 75 pF. Acīmredzot, jo mazāks ir slāņu atstatums, jo lielāka kapacitāte.

Nav daudz ierīču ar pieauguma laiku no 100 līdz 300 ps, ​​taču atbilstoši pašreizējam IC izstrādes ātrumam lielu daļu aizņems ierīces ar pieauguma laiku diapazonā no 100 līdz 300 ps. Shēmām ar pieauguma laiku no 100 līdz 300 ps, 3 milj. slāņa atstarpe vairs nebūs piemērota lielākajai daļai lietojumu. Tajā laikā bija nepieciešams izmantot slāņošanas tehnoloģiju ar slāņu atstarpi, kas mazāka par 1 mil, un aizstāt FR4 dielektriskos materiālus ar materiāliem ar augstu dielektrisko konstanti. Tagad keramika un keramikas plastmasa var atbilst 100 līdz 300 ps pieauguma laika ķēžu konstrukcijas prasībām.

Lai gan nākotnē var tikt izmantoti jauni materiāli un jaunas metodes, mūsdienās izplatītajām 1 līdz 3ns pieauguma laika shēmām, 3 līdz 6mil slāņa atstatumam un FR4 dielektriskiem materiāliem parasti pietiek ar augstākās klases harmoniku apstrādi un pārejas signāla pazemināšanu. , tas ir, kopējā režīma EMI var samazināt ļoti zemu. Šajā rakstā sniegtajos PCB slāņveida sakraušanas dizaina piemēros tiks pieņemts, ka slāņu atstatums ir 3–6 jūdzes.

Elektromagnētiskais ekranējums

No signālu izsekošanas viedokļa laba slāņošanas stratēģija ir visu signālu pēdu ievietošana vienā vai vairākos slāņos, šie slāņi atrodas blakus jaudas slānim vai zemes slānim. Strāvas padevei laba slāņošanas stratēģija ir tāda, ka strāvas slānis atrodas blakus zemes slānim un attālums starp barošanas slāni un zemes slāni ir pēc iespējas mazāks. To mēs saucam par “slāņošanas” stratēģiju.

PCB sakraušana

Kāda veida sakraušanas stratēģija var palīdzēt aizsargāt un nomākt EMI? Sekojošā slāņu sakraušanas shēma pieņem, ka barošanas avota strāva plūst vienā slānī un viens spriegums vai vairāki spriegumi ir sadalīti dažādās viena slāņa daļās. Vairāku jaudas slāņu gadījums tiks apspriests vēlāk.

4 slāņu dēlis

Ir vairākas iespējamās problēmas ar 4 slāņu dēļu dizainu. Pirmkārt, tradicionālā četrslāņu tāfele ar 62 jūdžu biezumu, pat ja signāla slānis atrodas uz ārējā slāņa, bet jaudas un zemes slānis atrodas uz iekšējā slāņa, attālums starp barošanas slāni un zemes slāni joprojām ir pārāk liels.

Ja izmaksu prasība ir pirmā, varat apsvērt šādas divas alternatīvas tradicionālajai 4 slāņu plāksnei. Šie divi risinājumi var uzlabot EMI slāpēšanas veiktspēju, taču tie ir piemēroti tikai tiem lietojumiem, kur komponentu blīvums uz plates ir pietiekami zems un ap komponentiem ir pietiekami daudz vietas (novietojiet nepieciešamās jaudas vara slāni).

Pirmā iespēja ir pirmā izvēle. PCB ārējie slāņi ir visi zemes slāņi, un divi vidējie slāņi ir signāla / jaudas slāņi. Strāvas padeve signāla slānī tiek novirzīta ar platu līniju, kas var padarīt barošanas avota strāvas ceļa pretestību zemu, un signāla mikrosloksnes ceļa pretestība arī ir zema. No EMI kontroles viedokļa šī ir labākā pieejamā 4 slāņu PCB struktūra. Otrajā shēmā ārējais slānis izmanto jaudu un zemi, bet divi vidējie slāņi izmanto signālus. Salīdzinot ar tradicionālo 4 slāņu plāksni, uzlabojumi ir mazāki, un starpslāņu pretestība ir tikpat slikta kā tradicionālajai 4 slāņu plāksnei.

Ja vēlaties kontrolēt izsekošanas pretestību, iepriekšminētajai kraušanas shēmai jābūt ļoti uzmanīgai, lai sakārtotu pēdas zem spēka un zemes vara salām. Turklāt, lai nodrošinātu līdzstrāvas un zemfrekvences savienojumu, strāvas padeves vai zemes slāņa vara salām jābūt pēc iespējas vairāk savstarpēji savienotām.

6 slāņu dēlis

Ja 4 slāņu plātnes komponentu blīvums ir salīdzinoši augsts, vislabāk ir izmantot 6 slāņu plāksni. Tomēr dažas sakraušanas shēmas 6 slāņu plates dizainā nav pietiekami labas, lai aizsargātu elektromagnētisko lauku, un tām ir maza ietekme uz strāvas kopnes pārejošā signāla samazināšanu. Tālāk ir apskatīti divi piemēri.

Pirmajā gadījumā barošanas avots un zemējums tiek novietoti attiecīgi 2. un 5. slānī. Barošanas avota vara pārklājuma augstās pretestības dēļ ir ļoti nelabvēlīgi kontrolēt kopējā režīma EMI starojumu. Tomēr no signāla pretestības kontroles viedokļa šī metode ir ļoti pareiza.