Existem muitas maneiras de resolver problemas de EMI. Os métodos modernos de supressão de EMI incluem: uso de revestimentos de supressão de EMI, seleção de peças de supressão de EMI apropriadas e design de simulação de EMI. Começando do mais básico PCB layout, este artigo discute o papel e as técnicas de design do empilhamento em camadas de PCB no controle da radiação EMI.

Colocar razoavelmente capacitores de capacidade apropriada perto dos pinos da fonte de alimentação do IC pode fazer com que a tensão de saída do IC pule mais rápido. No entanto, o problema não termina aqui. Devido à resposta de frequência limitada dos capacitores, isso torna os capacitores incapazes de gerar a potência harmônica necessária para acionar a saída IC de forma limpa em toda a banda de frequência. Além disso, a tensão transitória formada na barra de barramento de força formará uma queda de tensão no indutor do caminho de desacoplamento. Essas tensões transitórias são as principais fontes de interferência EMI de modo comum. Como devemos resolver esses problemas?

No que diz respeito ao IC em nossa placa de circuito, a camada de energia ao redor do IC pode ser considerada um excelente capacitor de alta frequência, que pode coletar a parte da energia vazada pelo capacitor discreto que fornece energia de alta frequência para limpeza saída. Além disso, a indutância de uma boa camada de potência deve ser pequena, de modo que o sinal transiente sintetizado pela indutância também seja pequeno, reduzindo assim o modo comum EMI.

Claro, a conexão entre a camada de potência e o pino de alimentação do IC deve ser o mais curta possível, porque a borda ascendente do sinal digital está ficando cada vez mais rápida, e é melhor conectá-lo diretamente ao pad onde está a alimentação do IC pino está localizado. Isso precisa ser discutido separadamente.

Para controlar o EMI de modo comum, o plano de potência deve ajudar no desacoplamento e ter uma indutância suficientemente baixa. Este plano de força deve ser um par de aviões de força bem projetado. Alguém pode perguntar, quão bom é bom? A resposta à pergunta depende das camadas da fonte de alimentação, dos materiais entre as camadas e da frequência de operação (ou seja, uma função do tempo de subida do IC). Geralmente, o espaçamento da camada de energia é de 6mil e a intercamada é de material FR4, a capacitância equivalente da camada de energia por polegada quadrada é de cerca de 75pF. Obviamente, quanto menor for o espaçamento da camada, maior será a capacitância.

Não existem muitos dispositivos com um tempo de subida de 100 a 300 ps, ​​mas de acordo com a velocidade de desenvolvimento do IC atual, dispositivos com um tempo de subida na faixa de 100 a 300 ps ocuparão uma proporção alta. Para circuitos com um tempo de subida de 100 a 300 cv, o espaçamento de camada de 3mil não será mais adequado para a maioria das aplicações. Naquela época, era necessário usar a tecnologia de estratificação com um espaçamento de camada de menos de 1 mil e substituir os materiais dielétricos FR4 por materiais com constantes dielétricas altas. Agora, a cerâmica e os plásticos cerâmicos podem atender aos requisitos de projeto de circuitos de tempo de subida de 100 a 300 ps.

Embora novos materiais e novos métodos possam ser usados ​​no futuro, para os atuais circuitos de tempo de subida comuns de 1 a 3ns, espaçamento de camada de 3 a 6mil e materiais dielétricos FR4, geralmente é suficiente para lidar com harmônicos de ponta e tornar o sinal transiente baixo o suficiente , ou seja, EMI de modo comum pode ser reduzido muito baixo. Os exemplos de design de empilhamento em camadas de PCB fornecidos neste artigo assumirão um espaçamento de camada de 3 a 6 mils.

Blindagem eletromagnética

Do ponto de vista dos traços de sinal, uma boa estratégia de estratificação deve ser colocar todos os traços de sinal em uma ou mais camadas, essas camadas estão próximas à camada de energia ou camada de solo. Para a fonte de alimentação, uma boa estratégia de estratificação deve ser que a camada de energia seja adjacente à camada de solo e a distância entre a camada de energia e a camada de solo seja a menor possível. Isso é o que chamamos de estratégia de “camadas”.

Empilhamento PCB

Que tipo de estratégia de empilhamento pode ajudar a proteger e suprimir EMI? O seguinte esquema de empilhamento em camadas assume que a corrente da fonte de alimentação flui em uma única camada, e a única tensão ou múltiplas tensões são distribuídas em diferentes partes da mesma camada. O caso de múltiplas camadas de energia será discutido mais tarde.

Placa de 4 camadas

Existem vários problemas potenciais com o design da placa de 4 camadas. Em primeiro lugar, a placa tradicional de quatro camadas com uma espessura de 62 mils, mesmo se a camada de sinal estiver na camada externa, e as camadas de energia e de solo estiverem na camada interna, a distância entre a camada de energia e a camada de solo ainda é muito grande.

Se o requisito de custo for o primeiro, você pode considerar as duas alternativas a seguir para a placa tradicional de 4 camadas. Essas duas soluções podem melhorar o desempenho da supressão de EMI, mas são adequadas apenas para aplicações onde a densidade do componente na placa é baixa o suficiente e há área suficiente ao redor dos componentes (coloque a camada de cobre de energia necessária).

A primeira opção é a primeira escolha. As camadas externas do PCB são todas camadas de solo e as duas camadas do meio são camadas de sinal / potência. A fonte de alimentação na camada de sinal é roteada com uma linha larga, o que pode tornar a impedância do caminho da corrente da fonte de alimentação baixa, e a impedância do caminho da microtira do sinal também é baixa. Do ponto de vista do controle EMI, esta é a melhor estrutura de PCB de 4 camadas disponível. No segundo esquema, a camada externa usa energia e aterramento, e as duas camadas intermediárias usam sinais. Em comparação com a placa tradicional de 4 camadas, a melhoria é menor e a impedância intercamada é tão pobre quanto a placa tradicional de 4 camadas.

Se você deseja controlar a impedância do traço, o esquema de empilhamento acima deve ser muito cuidadoso para organizar os traços sob as ilhas de cobre de aterramento e energia. Além disso, as ilhas de cobre na fonte de alimentação ou camada de aterramento devem ser interconectadas o máximo possível para garantir a conectividade CC e de baixa frequência.

Placa de 6 camadas

Se a densidade dos componentes em uma placa de 4 camadas for relativamente alta, uma placa de 6 camadas é melhor. No entanto, alguns esquemas de empilhamento no design da placa de 6 camadas não são bons o suficiente para proteger o campo eletromagnético e têm pouco efeito na redução do sinal transiente do barramento de força. Dois exemplos são discutidos abaixo.

No primeiro caso, a fonte de alimentação e o aterramento são colocados na 2ª e 5ª camadas, respectivamente. Devido à alta impedância do revestimento de cobre da fonte de alimentação, é muito desfavorável controlar a radiação EMI de modo comum. Porém, do ponto de vista do controle da impedância do sinal, este método é muito correto.