Există multe modalități de a rezolva problemele EMI. Metodele moderne de suprimare EMI includ: utilizarea straturilor de suprimare EMI, selectarea pieselor adecvate de suprimare EMI și proiectarea de simulare EMI. Pornind de la cele mai elementare PCB aspect, acest articol discută rolul și tehnicile de proiectare ale stivuirii stratificate de PCB în controlul radiației EMI.

Plasarea în mod rezonabil a condensatoarelor de capacitate adecvată lângă pinii de alimentare ai circuitului integrat poate face ca tensiunea de ieșire a circuitului integrat să sară mai rapid. Cu toate acestea, problema nu se oprește aici. Datorită răspunsului în frecvență limitat al condensatorilor, acest lucru face ca condensatorii să nu poată genera puterea armonică necesară pentru a conduce curat ieșirea IC în banda de frecvență completă. În plus, tensiunea tranzitorie formată pe bara de alimentare va forma o cădere de tensiune pe inductorul căii de decuplare. Aceste tensiuni tranzitorii sunt principalele surse de interferență EMI în mod comun. Cum ar trebui să rezolvăm aceste probleme?

În ceea ce privește IC-ul de pe placa noastră de circuit, stratul de putere din jurul IC poate fi privit ca un excelent condensator de înaltă frecvență, care poate colecta partea din energia scursă de condensatorul discret care oferă energie de înaltă frecvență pentru curat. ieșire. În plus, inductanța unui strat de putere bun ar trebui să fie mică, astfel încât semnalul tranzitoriu sintetizat de inductanță este, de asemenea, mic, reducând astfel EMI în modul comun.

Desigur, conexiunea dintre stratul de putere și pinul de alimentare IC trebuie să fie cât mai scurtă posibil, deoarece marginea ascendentă a semnalului digital devine din ce în ce mai rapid și cel mai bine este să o conectați direct la pad-ul unde este alimentat IC. pin este localizat. Acest lucru trebuie discutat separat.

Pentru a controla EMI în modul comun, planul de putere trebuie să ajute la decuplare și să aibă o inductanță suficient de scăzută. Acest avion de putere trebuie să fie o pereche de avioane de putere bine concepute. Cineva poate întreba, cât de bun este bine? Răspunsul la întrebare depinde de stratificarea sursei de alimentare, de materialele dintre straturi și de frecvența de funcționare (adică, o funcție a timpului de creștere a circuitului integrat). În general, distanța dintre stratul de putere este de 6 mil, iar stratul intermediar este material FR4, capacitatea echivalentă a stratului de putere pe inch pătrat este de aproximativ 75pF. Evident, cu cât distanța dintre straturi este mai mică, cu atât capacitatea este mai mare.

Nu există multe dispozitive cu un timp de creștere de la 100 la 300 ps, ​​dar, în funcție de viteza actuală de dezvoltare a circuitului integrat, dispozitivele cu un timp de creștere în intervalul de la 100 la 300 ps vor ocupa o proporție ridicată. Pentru circuitele cu un timp de creștere de la 100 la 300 ps, ​​distanța dintre straturi de 3 mil nu va mai fi potrivită pentru majoritatea aplicațiilor. La acel moment, era necesar să se folosească tehnologia de stratificare cu o distanță între straturi mai mică de 1 mil și să se înlocuiască materialele dielectrice FR4 cu materiale cu constante dielectrice ridicate. Acum, ceramica și materialele plastice ceramice pot îndeplini cerințele de proiectare ale circuitelor cu timp de creștere de la 100 la 300 ps.

Deși în viitor pot fi utilizate noi materiale și metode noi, pentru circuitele obișnuite de azi cu timp de creștere de 1 până la 3 ns, spațierea straturilor de 3 până la 6 mil și materiale dielectrice FR4, este de obicei suficient să se ocupe de armonici de vârf și să facă semnalul tranzitoriu suficient de scăzut. , adică , EMI în modul comun poate fi redus foarte scăzut. Exemplele de design de stivuire în straturi de PCB oferite în acest articol vor presupune o distanță între straturi de 3 până la 6 mils.

Ecranare electromagnetică

Din perspectiva urmelor de semnal, o strategie bună de stratificare ar trebui să fie de a pune toate urmele de semnal pe unul sau mai multe straturi, aceste straturi fiind lângă stratul de putere sau stratul de pământ. Pentru sursa de alimentare, o strategie bună de stratificare ar trebui să fie ca stratul de putere să fie adiacent stratului de pământ, iar distanța dintre stratul de putere și stratul de pământ să fie cât mai mică posibil. Aceasta este ceea ce numim strategia de „stratificare”.

Stivuire PCB

Ce fel de strategie de stivuire poate ajuta la protejarea și suprimarea EMI? Următoarea schemă de stivuire stratificată presupune că curentul sursei de alimentare circulă pe un singur strat, iar tensiunea unică sau tensiunile multiple sunt distribuite în părți diferite ale aceluiași strat. Cazul mai multor straturi de putere va fi discutat mai târziu.

Placa cu 4 straturi

Există mai multe probleme potențiale cu designul plăcii cu 4 straturi. În primul rând, placa tradițională cu patru straturi, cu o grosime de 62 mils, chiar dacă stratul de semnal este pe stratul exterior, iar straturile de putere și de masă sunt pe stratul interior, distanța dintre stratul de putere și stratul de sol. este încă prea mare.

Dacă cerința de cost este prima, puteți lua în considerare următoarele două alternative la placa tradițională cu 4 straturi. Aceste două soluții pot îmbunătăți performanța suprimării EMI, dar sunt potrivite doar pentru aplicațiile în care densitatea componentelor de pe placă este suficient de mică și există suficientă zonă în jurul componentelor (așezați stratul de cupru de putere necesar).

Prima opțiune este prima alegere. Straturile exterioare ale PCB sunt toate straturile de masă, iar cele două straturi din mijloc sunt straturi de semnal/putere. Sursa de alimentare de pe stratul de semnal este direcționată cu o linie largă, ceea ce poate face ca impedanța de cale a curentului sursei de alimentare să fie scăzută, iar impedanța căii microstrip a semnalului este, de asemenea, scăzută. Din perspectiva controlului EMI, aceasta este cea mai bună structură PCB cu 4 straturi disponibilă. În a doua schemă, stratul exterior folosește putere și pământ, iar cele două straturi din mijloc folosesc semnale. În comparație cu placa tradițională cu 4 straturi, îmbunătățirea este mai mică, iar impedanța interstrat este la fel de slabă ca placa tradițională cu 4 straturi.

Dacă doriți să controlați impedanța urmelor, schema de stivuire de mai sus trebuie să fie foarte atentă pentru a aranja urmele sub insulele de cupru de putere și împământare. În plus, insulele de cupru de pe sursa de alimentare sau stratul de masă ar trebui să fie interconectate cât mai mult posibil pentru a asigura conectivitatea DC și de joasă frecvență.

Placa cu 6 straturi

Dacă densitatea componentelor pe o placă cu 4 straturi este relativ mare, cea mai bună este o placă cu 6 straturi. Cu toate acestea, unele scheme de stivuire în designul plăcii cu 6 straturi nu sunt suficient de bune pentru a proteja câmpul electromagnetic și au un efect redus asupra reducerii semnalului tranzitoriu al magistralei de alimentare. Două exemple sunt discutate mai jos.

În primul caz, sursa de alimentare și împământarea sunt plasate pe al 2-lea și respectiv al 5-lea strat. Din cauza impedanței mari a stratului de cupru al sursei de alimentare, este foarte nefavorabil să se controleze radiația EMI în modul comun. Cu toate acestea, din punctul de vedere al controlului impedanței semnalului, această metodă este foarte corectă.