Існує багато способів вирішення проблем EMI. Сучасні методи придушення ЕМІ включають: використання покриттів для придушення ЕМІ, вибір відповідних частин для придушення ЕМП і моделювання ЕМІ. Починаючи з самого елементарного Друкована плата макет, ця стаття обговорює роль і методи проектування багатошарового стекування друкованих плат у контролі випромінювання ЕМІ.

Розумне розміщення конденсаторів відповідної ємності поблизу контактів джерела живлення мікросхеми може призвести до швидшого стрибка вихідної напруги мікросхеми. Однак на цьому проблема не закінчується. Через обмежену частотну характеристику конденсаторів це робить конденсатори не в змозі генерувати гармонійну потужність, необхідну для чистого виходу мікросхеми в повній смузі частот. Крім того, перехідна напруга, сформована на шині живлення, сформує падіння напруги на індуктивності шляху розв’язки. Ці перехідні напруги є основними джерелами перешкод EMI синфазного режиму. Як ми повинні вирішити ці проблеми?

Що стосується мікросхеми на нашій друкованій платі, шар живлення навколо мікросхеми можна розглядати як чудовий високочастотний конденсатор, який може зібрати частину енергії, що витікає дискретним конденсатором, який забезпечує високочастотну енергію для чистого вихід. Крім того, індуктивність хорошого шару живлення повинна бути невеликою, тому перехідний сигнал, синтезований індуктивністю, також невеликий, тим самим зменшуючи синфазний EMI.

Звичайно, з’єднання між шаром живлення та контактом живлення мікросхеми має бути якомога коротшим, тому що висхідний фронт цифрового сигналу стає все швидшим, і найкраще під’єднати його безпосередньо до майданчика, де живлення IC розташована шпилька. Це потрібно обговорити окремо.

Для того, щоб контролювати синфазний електромагнітний потік, площина живлення повинна сприяти розв’язанню та мати досить низьку індуктивність. Цей силовий літак має бути добре сконструйованою парою силових літаків. Хтось може запитати, наскільки добре це добре? Відповідь на запитання залежить від шарувань джерела живлення, матеріалів між шарами та робочої частоти (тобто функції часу наростання ІМС). Як правило, відстань між шаром живлення становить 6 mil, а проміжний шар — матеріал FR4, еквівалентна ємність шару живлення на квадратний дюйм становить близько 75 пФ. Очевидно, чим менше відстань між шарами, тим більша ємність.

Пристроїв з часом наростання від 100 до 300 пс не так багато, але відповідно до поточної швидкості розробки ІМС, пристрої з часом наростання в діапазоні від 100 до 300 пс будуть займати високу частку. Для ланцюгів з часом наростання від 100 до 300 пс, інтервал між шарами 3 мілі більше не підходить для більшості застосувань. У той час необхідно було використовувати технологію нашарування з відстанню між шарами менше 1 міл, а також замінити діелектричні матеріали FR4 на матеріали з високою діелектричною проникністю. Тепер кераміка та керамічні пластмаси можуть відповідати вимогам до проектування схем з часом наростання від 100 до 300 пс.

Хоча нові матеріали та нові методи можуть використовуватися в майбутньому, для сучасних звичайних схем часу наростання від 1 до 3 нс, інтервалу між шарами від 3 до 6 міл і діелектричних матеріалів FR4, зазвичай достатньо для обробки високоякісних гармонік і зробити перехідний сигнал достатньо низьким. , тобто синфазний EMI можна знизити дуже низько. Наведені в цій статті приклади багатошарового стекання друкованої плати передбачають відстань між шарами від 3 до 6 міл.

Електромагнітне екранування

З точки зору трас сигналу, гарною стратегією розшарування має бути розміщення всіх трас сигналів на одному або кількох шарах, ці шари знаходяться поруч із шаром живлення або шаром землі. Для джерела живлення хороша стратегія розшарування повинна полягати в тому, щоб шар живлення прилягав до шару землі, а відстань між шаром живлення та шаром землі була якомога меншою. Це те, що ми називаємо стратегією «шаровості».

Укладання друкованих плат

Яка стратегія стекування може допомогти захистити та придушити EMI? Наступна пошарова схема стекання передбачає, що струм джерела живлення протікає на одному шарі, а одна напруга або кілька напруг розподіляються в різних частинах одного шару. Випадок кількох шарів живлення буде обговорено пізніше.

4-шарова дошка

Існує кілька потенційних проблем із дизайном 4-шарової плати. Перш за все, традиційна чотиришарова плата товщиною 62 мілі, навіть якщо сигнальний шар знаходиться на зовнішньому шарі, а шари живлення та заземлення знаходяться на внутрішньому шарі, відстань між шаром живлення та шаром землі все ще занадто великий.

Якщо вимога щодо вартості є першою, ви можете розглянути дві наступні альтернативи традиційній 4-шаровій дошці. Ці два рішення можуть підвищити продуктивність придушення електромагнітних помех, але вони підходять лише для додатків, де щільність компонентів на платі досить низька, а навколо компонентів достатньо площі (розмістіть необхідний шар міді).

Перший варіант – це перший вибір. Зовнішні шари друкованої плати – це шари заземлення, а два середні шари – це рівні сигналу/силового сигналу. Джерело живлення на сигнальному шарі направляється широкою лінією, що може зробити опір шляху струму джерела живлення низьким, а опір мікросмужкового тракту сигналу також низьким. З точки зору контролю ЕМІ, це найкраща доступна 4-шарова структура друкованої плати. У другій схемі зовнішній шар використовує живлення і землю, а два середніх шари використовують сигнали. У порівнянні з традиційною 4-шаровою платою поліпшення є меншими, а міжшаровий опір такий же низький, як і традиційна 4-шарова плата.

Якщо ви хочете контролювати імпеданс траси, наведена вище схема стекання повинна бути дуже обережною, щоб розташувати траси під острівцями живлення та заземлення міді. Крім того, мідні острівці на шарі живлення або заземлення повинні бути максимально пов’язані між собою, щоб забезпечити підключення постійного і низькочастотного струму.

6-шарова дошка

Якщо щільність компонентів на 4-шаровій платі відносно висока, найкраще підійде 6-шарова плата. Однак деякі схеми стекання в конструкції 6-шарової плати недостатньо хороші для екранування електромагнітного поля і мало впливають на зниження перехідного сигналу шини живлення. Нижче розглядаються два приклади.

У першому випадку блок живлення і заземлення розміщуються на 2-му і 5-му шарах відповідно. Через високий імпеданс мідного покриття джерела живлення дуже невигідно контролювати синфазне випромінювання ЕМІ. Однак з точки зору контролю опору сигналу цей метод дуже правильний.