Det finns många sätt att lösa EMI-problem. Moderna EMI-dämpningsmetoder inkluderar: användning av EMI-dämpande beläggningar, val av lämpliga EMI-dämpande delar och EMI-simuleringsdesign. Börjar från det mest grundläggande PCB layout, diskuterar denna artikel rollen och designteknikerna för PCB-skiktad stapling för att kontrollera EMI-strålning.

Att rimligen placera kondensatorer med lämplig kapacitet nära strömförsörjningsstiften på IC kan få IC-utgångsspänningen att hoppa snabbare. Problemet slutar dock inte här. På grund av kondensatorernas begränsade frekvenssvar gör detta att kondensatorerna inte kan generera den övertonseffekt som krävs för att driva IC-utgången rent i hela frekvensbandet. Dessutom kommer den transienta spänningen som bildas på kraftsamlingsskenan att bilda ett spänningsfall över induktorn på frånkopplingsvägen. Dessa transientspänningar är de vanligaste EMI-störkällorna i common mode. Hur ska vi lösa dessa problem?

När det gäller IC på vårt kretskort kan effektskiktet runt IC betraktas som en utmärkt högfrekvent kondensator, som kan samla upp den del av energin som läcker av den diskreta kondensatorn som ger högfrekvent energi för ren produktion. Dessutom bör induktansen för ett bra effektlager vara liten, så den transienta signalen som syntetiseras av induktansen är också liten, vilket minskar common mode EMI.

Naturligtvis måste anslutningen mellan strömlagret och IC-strömstiftet vara så kort som möjligt, eftersom den stigande kanten på den digitala signalen blir snabbare och snabbare, och det är bäst att ansluta den direkt till pad där IC-strömmen stiftet finns. Detta måste diskuteras separat.

För att styra common-mode EMI måste kraftplanet hjälpa till med frikoppling och ha en tillräckligt låg induktans. Detta kraftplan måste vara ett väldesignat par kraftplan. Någon kanske frågar, hur bra är bra? Svaret på frågan beror på skiktningen av strömförsörjningen, materialen mellan skikten och driftsfrekvensen (det vill säga en funktion av stigtiden för IC). Generellt är avståndet mellan kraftskiktet 6 mil, och mellanskiktet är FR4-material, den ekvivalenta kapacitansen för kraftskiktet per kvadrattum är cirka 75pF. Uppenbarligen, ju mindre skiktavståndet är, desto större kapacitans.

Det finns inte många enheter med en stigtid på 100 till 300 ps, ​​men enligt den nuvarande IC-utvecklingshastigheten kommer enheter med en stigtid i intervallet 100 till 300 ps att uppta en hög andel. För kretsar med en stigtid på 100 till 300ps är 3mil lageravstånd inte längre lämpligt för de flesta applikationer. På den tiden var det nödvändigt att använda skiktningsteknik med ett skiktavstånd på mindre än 1 mil, och att ersätta FR4 dielektriska material med material med höga dielektriska konstanter. Nu kan keramik och keramisk plast uppfylla designkraven för 100 till 300 ps stigtidskretsar.

Även om nya material och nya metoder kan komma att användas i framtiden, för dagens vanliga 1 till 3ns stigtidskretsar, 3 till 6 mil lageravstånd och FR4 dielektriska material, är det vanligtvis tillräckligt att hantera avancerade övertoner och göra transientsignalen tillräckligt låg , det vill säga Common mode EMI kan reduceras mycket lågt. Exemplen på PCB-skiktad staplingsdesign som ges i den här artikeln kommer att anta ett lageravstånd på 3 till 6 mils.

Elektromagnetisk skärmning

Ur signalspårens perspektiv bör en bra skiktningsstrategi vara att lägga alla signalspår på ett eller flera skikt, dessa skikt ligger bredvid kraftskiktet eller markskiktet. För strömförsörjningen bör en bra skiktningsstrategi vara att strömskiktet ligger i anslutning till jordskiktet, och avståndet mellan strömskiktet och jordskiktet är så litet som möjligt. Detta är vad vi kallar “skiktningsstrategin”.

PCB stapling

Vilken typ av staplingsstrategi kan hjälpa till att skydda och undertrycka EMI? Följande skiktade staplingsschema förutsätter att strömförsörjningsströmmen flyter på ett enda skikt, och den enstaka spänningen eller flera spänningar är fördelade i olika delar av samma skikt. Fallet med flera kraftlager kommer att diskuteras senare.

4-lagers skiva

Det finns flera potentiella problem med 4-lagers kortdesign. Först och främst den traditionella fyrskiktsbrädan med en tjocklek på 62 mils, även om signalskiktet är på det yttre skiktet, och kraft- och jordskiktet är på det inre skiktet, avståndet mellan kraftskiktet och jordskiktet är fortfarande för stor.

Om kostnadskravet är det första kan du överväga följande två alternativ till den traditionella 4-lagerskivan. Dessa två lösningar kan förbättra prestandan för EMI-undertryckning, men de är endast lämpliga för applikationer där komponentdensiteten på kortet är tillräckligt låg och det finns tillräckligt med yta runt komponenterna (placera det nödvändiga kopparskiktet).

Det första alternativet är förstahandsvalet. De yttre lagren av PCB är alla marklager och de två mittersta lagren är signal/effektlager. Strömförsörjningen på signalskiktet dirigeras med en bred linje, vilket kan göra strömförsörjningsströmmens banimpedans låg, och impedansen för signalens mikrostripbana är också låg. Ur perspektivet av EMI-kontroll är detta den bästa 4-lagers PCB-strukturen som finns. I det andra schemat använder det yttre skiktet kraft och jord, och de två mittersta skikten använder signaler. Jämfört med det traditionella 4-lagerskortet är förbättringen mindre, och mellanskiktsimpedansen är lika dålig som det traditionella 4-lagerskortet.

Om du vill kontrollera spårimpedansen måste ovanstående staplingsschema vara mycket noggrant för att ordna spåren under kraft- och jordkopparöarna. Dessutom bör kopparöarna på strömförsörjningen eller jordskiktet vara sammankopplade så mycket som möjligt för att säkerställa DC- och lågfrekvensanslutning.

6-lagers skiva

Om tätheten av komponenter på en 4-lagers skiva är relativt hög, är en 6-lagers skiva bäst. Vissa staplingsscheman i 6-lagers kortdesign är dock inte tillräckligt bra för att skydda det elektromagnetiska fältet och har liten effekt på minskningen av den transienta signalen från kraftbussen. Två exempel diskuteras nedan.

I det första fallet placeras strömförsörjningen och jord på det 2:a respektive 5:e lagret. På grund av den höga impedansen hos strömförsörjningens kopparbeläggning är det mycket ogynnsamt att styra den vanliga EMI-strålningen. Men ur synvinkel av signalimpedanskontroll är denna metod mycket korrekt.