EMI sorunlarını çözmenin birçok yolu vardır. Modern EMI bastırma yöntemleri şunları içerir: EMI bastırma kaplamalarının kullanılması, uygun EMI bastırma parçalarının seçilmesi ve EMI simülasyon tasarımı. En temelden başlayarak PCB Bu makale, EMI radyasyonunu kontrol etmede PCB katmanlı istiflemenin rolünü ve tasarım tekniklerini tartışmaktadır.

IC’nin güç kaynağı pinlerinin yanına uygun kapasitede kapasitörlerin makul bir şekilde yerleştirilmesi, IC çıkış voltajının daha hızlı sıçramasını sağlayabilir. Ancak, sorun burada bitmiyor. Kapasitörlerin sınırlı frekans tepkisi nedeniyle, bu, kapasitörlerin IC çıkışını tam frekans bandında temiz bir şekilde sürmek için gereken harmonik gücü üretememesine neden olur. Ek olarak, güç barasında oluşan geçici voltaj, ayırma yolunun indüktörü boyunca bir voltaj düşüşü oluşturacaktır. Bu geçici voltajlar, ana ortak mod EMI parazit kaynaklarıdır. Bu sorunları nasıl çözmeliyiz?

Devre kartımızdaki IC söz konusu olduğunda, IC’nin etrafındaki güç katmanı, temiz için yüksek frekanslı enerji sağlayan ayrı kapasitör tarafından sızan enerjinin bir kısmını toplayabilen mükemmel bir yüksek frekanslı kapasitör olarak kabul edilebilir. çıktı. Ek olarak, iyi bir güç katmanının endüktansı küçük olmalıdır, bu nedenle endüktans tarafından sentezlenen geçici sinyal de küçüktür, böylece ortak mod EMI’sini azaltır.

Tabii ki, güç katmanı ve IC güç pimi arasındaki bağlantı mümkün olduğunca kısa olmalıdır, çünkü dijital sinyalin yükselen kenarı giderek daha hızlı hale geliyor ve onu doğrudan IC gücünün bulunduğu pede bağlamak en iyisidir. pin yer almaktadır. Bunun ayrı ayrı tartışılması gerekiyor.

Ortak modlu EMI’yi kontrol etmek için, güç düzlemi ayırmaya yardımcı olmalı ve yeterince düşük bir endüktansa sahip olmalıdır. Bu güç düzlemi, iyi tasarlanmış bir çift güç düzlemi olmalıdır. Birisi sorabilir, ne kadar iyi? Sorunun cevabı, güç kaynağının katmanlanmasına, katmanlar arasındaki malzemelere ve çalışma frekansına (yani, IC’nin yükselme süresinin bir fonksiyonu) bağlıdır. Genel olarak, güç katmanının aralığı 6mil’dir ve ara katman FR4 malzemesidir, güç katmanının inç kare başına eşdeğer kapasitansı yaklaşık 75pF’dir. Açıkçası, katman aralığı ne kadar küçükse, kapasitans o kadar büyük olur.

100 ile 300 ps arasında yükselme süresi olan çok fazla cihaz yoktur ancak mevcut IC geliştirme hızına göre 100 ile 300 ps aralığında yükselme süresi olan cihazlar yüksek bir oran işgal edecektir. 100 ila 300 ps yükselme süresine sahip devreler için, çoğu uygulama için 3 mil katman aralığı artık uygun olmayacaktır. O zamanlar, katman aralığı 1 milden az olan katmanlama teknolojisini kullanmak ve FR4 dielektrik malzemelerini yüksek dielektrik sabitleri olan malzemelerle değiştirmek gerekiyordu. Artık seramikler ve seramik plastikler, 100 ila 300 ps yükselme zaman devrelerinin tasarım gereksinimlerini karşılayabilir.

Gelecekte yeni malzemeler ve yeni yöntemler kullanılabilse de, günümüzün yaygın 1 ila 3ns yükselme zamanlı devreleri, 3 ila 6mil katman aralığı ve FR4 dielektrik malzemeleri için, genellikle üst düzey harmonikleri işlemek ve geçici sinyali yeterince düşük yapmak yeterlidir. yani Ortak mod EMI’si çok düşük seviyeye düşürülebilir. Bu makalede verilen PCB katmanlı istifleme tasarım örnekleri, 3 ila 6 mil arasında bir katman aralığı varsayacaktır.

Elektromanyetik koruma

Sinyal izleri açısından, tüm sinyal izlerini bir veya daha fazla katmana koymak iyi bir katmanlama stratejisi olmalıdır, bu katmanlar güç katmanının veya zemin katmanının yanındadır. Güç kaynağı için iyi bir katmanlama stratejisi, güç katmanının zemin katmanına bitişik olması ve güç katmanı ile toprak katmanı arasındaki mesafenin mümkün olduğunca küçük olması olmalıdır. Buna “katmanlama” stratejisi diyoruz.

PCB istifleme

Ne tür bir istifleme stratejisi EMI’yi korumaya ve bastırmaya yardımcı olabilir? Aşağıdaki katmanlı istifleme şeması, güç kaynağı akımının tek bir katman üzerinde aktığını ve tek voltajın veya çoklu voltajların aynı katmanın farklı kısımlarına dağıtıldığını varsayar. Çoklu güç katmanları durumu daha sonra tartışılacaktır.

4 katmanlı tahta

4 katmanlı kart tasarımıyla ilgili birkaç potansiyel sorun vardır. Her şeyden önce, sinyal katmanı dış katmanda ve güç ve zemin katmanları iç katmanda olsa bile, 62 mil kalınlığında geleneksel dört katmanlı tahta, güç katmanı ile zemin katmanı arasındaki mesafe hala çok büyük.

Maliyet gereksinimi ilk ise, geleneksel 4 katmanlı tahtaya aşağıdaki iki alternatifi düşünebilirsiniz. Bu iki çözüm, EMI bastırma performansını iyileştirebilir, ancak bunlar yalnızca kart üzerindeki bileşen yoğunluğunun yeterince düşük olduğu ve bileşenlerin çevresinde yeterli alanın bulunduğu uygulamalar için uygundur (gerekli güç bakır katmanını yerleştirin).

İlk seçenek ilk seçenektir. PCB’nin dış katmanlarının tümü zemin katmanlarıdır ve ortadaki iki katman sinyal/güç katmanlarıdır. Sinyal katmanındaki güç kaynağı, güç kaynağı akımının yol empedansını düşük yapabilen geniş bir hat ile yönlendirilir ve sinyal mikroşerit yolunun empedansı da düşüktür. EMI kontrolü açısından bu, mevcut en iyi 4 katmanlı PCB yapısıdır. İkinci şemada, dış katman güç ve toprak kullanır ve orta iki katman sinyalleri kullanır. Geleneksel 4 katmanlı kart ile karşılaştırıldığında, iyileştirme daha küçüktür ve ara katman empedansı geleneksel 4 katmanlı kart kadar zayıftır.

İz empedansını kontrol etmek istiyorsanız, yukarıdaki yığınlama şeması, izleri güç ve toprak bakır adaları altında düzenlemek için çok dikkatli olmalıdır. Ek olarak, DC ve düşük frekanslı bağlantı sağlamak için güç kaynağı veya toprak katmanı üzerindeki bakır adalar mümkün olduğunca birbirine bağlanmalıdır.

6 katmanlı tahta

4 katmanlı bir panodaki bileşenlerin yoğunluğu nispeten yüksekse, 6 katmanlı bir pano en iyisidir. Bununla birlikte, 6 katmanlı kart tasarımındaki bazı yığınlama şemaları, elektromanyetik alanı korumak için yeterince iyi değildir ve güç veriyolunun geçici sinyalinin azaltılması üzerinde çok az etkiye sahiptir. Aşağıda iki örnek tartışılmaktadır.

İlk durumda, güç kaynağı ve toprak sırasıyla 2. ve 5. katmanlara yerleştirilir. Güç kaynağının bakır kaplamasının yüksek empedansı nedeniyle, ortak mod EMI radyasyonunu kontrol etmek çok elverişsizdir. Ancak, sinyal empedans kontrolü açısından bu yöntem çok doğrudur.