Есть много способов решить проблемы EMI. Современные методы подавления электромагнитных помех включают в себя: использование покрытий для подавления электромагнитных помех, выбор соответствующих элементов подавления электромагнитных помех и расчет моделирования электромагнитных помех. Начиная с самого простого печатная плата В этой статье обсуждаются роль и методы проектирования многослойной компоновки печатных плат в управлении электромагнитным излучением.

Разумное размещение конденсаторов соответствующей емкости рядом с выводами источника питания ИС может привести к более быстрому скачку выходного напряжения ИС. Однако на этом проблема не заканчивается. Из-за ограниченной частотной характеристики конденсаторов это не позволяет конденсаторам генерировать гармоническую мощность, необходимую для чистого управления выходом ИС во всем диапазоне частот. Кроме того, переходное напряжение, сформированное на силовой шине, будет формировать падение напряжения на катушке индуктивности пути развязки. Эти переходные напряжения являются основными источниками синфазных электромагнитных помех. Как решить эти проблемы?

Что касается ИС на нашей печатной плате, слой питания вокруг ИС можно рассматривать как отличный высокочастотный конденсатор, который может собирать часть энергии, утекающей через дискретный конденсатор, который обеспечивает высокочастотную энергию для чистой выход. Кроме того, индуктивность хорошего силового слоя должна быть небольшой, поэтому переходный сигнал, синтезируемый индуктивностью, также невелик, что снижает электромагнитные помехи в синфазном режиме.

Конечно, соединение между слоем питания и выводом питания IC должно быть как можно короче, потому что нарастающий фронт цифрового сигнала становится все быстрее и быстрее, и лучше всего подключить его непосредственно к контактной площадке, где питание IC штифт расположен. Об этом нужно говорить отдельно.

Для управления синфазными электромагнитными помехами плоскость питания должна способствовать развязке и иметь достаточно низкую индуктивность. Эта силовая плоскость должна быть хорошо спроектированной парой силовых плоскостей. Кто-то может спросить, а хорошо ли хорошо? Ответ на вопрос зависит от слоев источника питания, материалов между слоями и рабочей частоты (то есть функции времени нарастания ИС). Как правило, расстояние между силовым слоем составляет 6 мил, а промежуточный слой выполнен из материала FR4, эквивалентная емкость силового слоя на квадратный дюйм составляет около 75 пФ. Очевидно, что чем меньше расстояние между слоями, тем больше емкость.

Существует не так много устройств с временем нарастания от 100 до 300 пс, но в соответствии с текущей скоростью разработки ИС устройства с временем нарастания в диапазоне от 100 до 300 пс будут занимать большую долю. Для схем со временем нарастания от 100 до 300 пс интервал между слоями 3 мил больше не подходит для большинства приложений. В то время было необходимо использовать технологию наслоения с расстоянием между слоями менее 1 мил и заменить диэлектрические материалы FR4 материалами с высокими диэлектрическими постоянными. Теперь керамика и керамические пластмассы могут удовлетворять проектным требованиям цепей с временем нарастания от 100 до 300 пс.

Хотя в будущем могут быть использованы новые материалы и новые методы, для распространенных сегодня схем с временем нарастания от 1 до 3 нс, расстояния между слоями от 3 до 6 мил и диэлектрических материалов FR4 обычно достаточно для обработки высокочастотных гармоник и снижения переходного сигнала. , то есть синфазные электромагнитные помехи могут быть уменьшены до очень низкого уровня. В примерах многоуровневой компоновки печатной платы, приведенных в этой статье, предполагается, что расстояние между слоями составляет от 3 до 6 мил.

Электромагнитное экранирование

С точки зрения трассировки сигналов, хорошей стратегией наложения слоев должно быть размещение всех трасс сигнала на одном или нескольких уровнях, эти слои находятся рядом с уровнем мощности или уровнем земли. Для источника питания хорошая стратегия разделения на слои должна заключаться в том, чтобы слой питания был смежным с слоем земли, а расстояние между слоем питания и слоем земли было как можно меньше. Это то, что мы называем стратегией «расслоения».

Укладка печатных плат

Какая стратегия стекирования может помочь защитить и подавить электромагнитные помехи? Следующая многослойная схема наложения предполагает, что ток источника питания течет по одному слою, и одно или несколько напряжений распределяются в разных частях одного и того же слоя. Случай нескольких уровней мощности будет обсужден позже.

4-х слойная доска

Есть несколько потенциальных проблем с 4-слойной конструкцией платы. Прежде всего, традиционная четырехслойная плата толщиной 62 мил, даже если сигнальный слой находится на внешнем слое, а слои питания и заземления находятся на внутреннем слое, расстояние между слоем питания и слоем заземления все еще слишком велик.

Если требование к стоимости является первым, вы можете рассмотреть следующие две альтернативы традиционной четырехслойной плате. Эти два решения могут улучшить характеристики подавления электромагнитных помех, но они подходят только для приложений, где плотность компонентов на плате достаточно мала и вокруг компонентов достаточно места (поместите необходимый слой медного кабеля).

Первый вариант – это первый выбор. Все внешние слои печатной платы – это слои заземления, а два средних слоя – это уровни сигнала / мощности. Источник питания на сигнальном слое проходит через широкую линию, что может снизить полное сопротивление пути тока источника питания, а также низкое сопротивление микрополоскового пути сигнала. С точки зрения управления электромагнитными помехами, это лучшая из доступных 4-х слойных структур печатных плат. Во второй схеме внешний уровень использует питание и землю, а два средних уровня используют сигналы. По сравнению с традиционной 4-слойной платой улучшение меньше, а межслойный импеданс такой же низкий, как и у традиционной 4-слойной платы.

Если вы хотите управлять импедансом трассы, в приведенной выше схеме стекирования необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы трассы располагались под медными островками питания и земли. Кроме того, медные участки на уровне источника питания или заземления должны быть соединены между собой в максимально возможной степени, чтобы обеспечить связь по постоянному току и низкочастотную связь.

6-х слойная доска

Если плотность компонентов на 4-слойной плате относительно высока, лучше всего использовать 6-слойную плату. Однако некоторые схемы наложения в конструкции 6-слойной платы недостаточно хороши для экранирования электромагнитного поля и мало влияют на уменьшение переходного сигнала силовой шины. Ниже обсуждаются два примера.

В первом случае источник питания и земля размещены на 2-м и 5-м слоях соответственно. Из-за высокого импеданса медного покрытия источника питания очень неблагоприятно контролировать синфазное электромагнитное излучение. Однако с точки зрения контроля импеданса сигнала этот метод очень правильный.