Det er mange måter å løse EMI-problemer på. Moderne EMI-undertrykkelsesmetoder inkluderer: bruk av EMI-undertrykkende belegg, valg av passende EMI-undertrykkelsesdeler og EMI-simuleringsdesign. Starter fra det mest grunnleggende PCB layout, this article discusses the role and design techniques of PCB layered stacking in controlling EMI radiation.

Rimelig plassering av kondensatorer med passende kapasitet nær strømforsyningspinnene til IC kan få IC-utgangsspenningen til å hoppe raskere. Problemet slutter imidlertid ikke her. På grunn av den begrensede frekvensresponsen til kondensatorer, gjør dette at kondensatorene ikke kan generere den harmoniske kraften som kreves for å drive IC-utgangen rent i hele frekvensbåndet. I tillegg vil den transiente spenningen som dannes på strømskinnen danne et spenningsfall over induktoren til frakoblingsbanen. Disse transientspenningene er de viktigste vanligste EMI-interferenskildene. Hvordan skal vi løse disse problemene?

Når det gjelder IC på kretskortet vårt, kan kraftlaget rundt IC betraktes som en utmerket høyfrekvent kondensator, som kan samle den delen av energien som lekkes av den diskrete kondensatoren som gir høyfrekvent energi for ren produksjon. I tillegg bør induktansen til et godt kraftlag være liten, så det transiente signalet som syntetiseres av induktansen er også lite, og reduserer derved common mode EMI.

Selvfølgelig må forbindelsen mellom strømlaget og IC-strømpinnen være så kort som mulig, fordi den stigende kanten av det digitale signalet blir raskere og raskere, og det er best å koble den direkte til puten der IC-strømmen pinne er plassert. Dette må diskuteres separat.

For å kontrollere common-mode EMI, må kraftplanet hjelpe til med frakobling og ha en tilstrekkelig lav induktans. Dette kraftflyet må være et godt designet par kraftfly. Noen kan spørre, hvor bra er bra? Svaret på spørsmålet avhenger av lagdelingen av strømforsyningen, materialene mellom lagene og driftsfrekvensen (det vil si en funksjon av stigetiden til IC). Vanligvis er avstanden mellom kraftlaget 6 mil, og mellomlaget er FR4-materiale, den ekvivalente kapasitansen til kraftlaget per kvadrattomme er omtrent 75pF. Det er klart at jo mindre lagavstanden er, desto større er kapasitansen.

Det er ikke mange enheter med en stigetid på 100 til 300 ps, ​​men i henhold til gjeldende IC-utviklingshastighet vil enheter med en stigetid i området 100 til 300 ps oppta en høy andel. For kretser med en stigetid på 100 til 300ps, vil 3mil lagavstand ikke lenger være egnet for de fleste bruksområder. På den tiden var det nødvendig å bruke lagdelingsteknologi med en lagavstand på mindre enn 1 mil, og å erstatte FR4 dielektriske materialer med materialer med høye dielektriske konstanter. Nå kan keramikk og keramisk plast oppfylle designkravene til 100 til 300 ps stigetidskretser.

Selv om nye materialer og nye metoder kan bli brukt i fremtiden, for dagens vanlige 1 til 3ns stigetidskretser, 3 til 6 mil lagavstand og FR4 dielektriske materialer, er det vanligvis tilstrekkelig å håndtere avanserte harmoniske og gjøre transientsignalet lavt nok , det vil si at Common mode EMI kan reduseres veldig lavt. Eksemplene på PCB-lagdelt stablingsdesign gitt i denne artikkelen vil anta en lagavstand på 3 til 6 mils.

Elektromagnetisk skjerming

Fra perspektivet til signalspor bør en god lagdelingsstrategi være å legge alle signalspor på ett eller flere lag, disse lagene ligger ved siden av kraftlaget eller grunnlaget. For kraftforsyningen bør en god lagdelingsstrategi være at kraftlaget ligger inntil grunnlaget, og avstanden mellom kraftlaget og grunnlaget er så liten som mulig. Dette er det vi kaller “lagdelingsstrategien”.

PCB stabling

Hva slags stablestrategi kan bidra til å skjerme og undertrykke EMI? Følgende lagdelte stablingsskjema antar at strømforsyningsstrømmen flyter på et enkelt lag, og enkeltspenningen eller flere spenninger er fordelt i forskjellige deler av samme lag. Tilfellet med flere kraftlag vil bli diskutert senere.

4-lags brett

Det er flere potensielle problemer med 4-lags borddesign. Først av alt, det tradisjonelle firelags brettet med en tykkelse på 62 mil, selv om signallaget er på det ytre laget, og kraft- og jordlaget er på det indre laget, avstanden mellom kraftlaget og grunnlaget er fortsatt for stor.

Dersom kostnadskravet er det første, kan du vurdere følgende to alternativer til den tradisjonelle 4-lags platen. Disse to løsningene kan forbedre ytelsen til EMI-undertrykkelse, men de er kun egnet for applikasjoner der komponenttettheten på brettet er lav nok og det er nok areal rundt komponentene (plasser det nødvendige kraftkobberlaget).

Det første alternativet er førstevalget. De ytre lagene av PCB er alle jordlag, og de to midterste lagene er signal/kraftlag. Strømforsyningen på signallaget rutes med en bred linje, som kan gjøre baneimpedansen til strømforsyningsstrømmen lav, og impedansen til signalmikrostripbanen er også lav. Fra perspektivet til EMI-kontroll er dette den beste 4-lags PCB-strukturen som er tilgjengelig. I det andre skjemaet bruker det ytre laget kraft og jord, og de to midterste lagene bruker signaler. Sammenlignet med det tradisjonelle 4-lags kortet er forbedringen mindre, og mellomlagsimpedansen er like dårlig som den tradisjonelle 4-lags platen.

Hvis du ønsker å kontrollere sporimpedansen, må stableskjemaet ovenfor være veldig nøye for å arrangere sporene under kraft- og jordkobberøyene. I tillegg bør kobberøyene på strømforsyningen eller jordlaget være sammenkoblet så mye som mulig for å sikre likestrøm og lavfrekvent tilkobling.

6-lags brett

Hvis tettheten av komponenter på en 4-lags plate er relativt høy, er en 6-lags plate best. Noen stableskjemaer i 6-lags kortdesign er imidlertid ikke gode nok til å skjerme det elektromagnetiske feltet, og har liten effekt på reduksjonen av transientsignalet til strømbussen. To eksempler diskuteres nedenfor.

In the first case, the power supply and ground are placed on the 2nd and 5th layers respectively. Because of the high impedance of the copper coating of the power supply, it is very unfavorable to control the common mode EMI radiation. However, from the point of view of signal impedance control, this method is very correct.