Чи знаєте ви, як вирішити проблему електромагнітних перешкод при проектуванні багатошарової друкованої плати?
Дозвольте мені сказати вам!
Існує багато способів вирішення проблем електромагнітних перешкод.Сучасні методи придушення електромагнітних перешкод включають: використання покриття для придушення електромагнітних перешкод, вибір відповідних частин для придушення електромагнітних перешкод і проект моделювання електромагнітних перешкод.Базуючись на найпростішій схемі друкованої плати, у цій статті обговорюється функція стека друкованої плати в контролі випромінювання електромагнітних перешкод і навички проектування друкованої плати.
силовий автобус
Стрибок вихідної напруги IC можна прискорити, розмістивши відповідну ємність біля контакту живлення IC.Однак це ще не кінець проблеми.Через обмежену частотну характеристику конденсатора конденсатор не може генерувати гармонійну потужність, необхідну для чистого управління вихідним сигналом IC у повному діапазоні частот.Крім того, перехідна напруга, що утворюється на шині живлення, спричинить падіння напруги на обох кінцях індуктивності шляху розв’язки.Ці перехідні напруги є основними джерелами синфазних електромагнітних перешкод.Як ми можемо вирішити ці проблеми?
У випадку мікросхеми на нашій друкованій платі шар живлення навколо мікросхеми можна розглядати як хороший високочастотний конденсатор, який може збирати енергію, що виділяється дискретним конденсатором, який забезпечує високочастотну енергію для чистого виведення.Крім того, індуктивність хорошого силового шару мала, тому перехідний сигнал, синтезований індуктором, також малий, таким чином зменшуючи синфазні електромагнітні перешкоди.
Звісно, з’єднання між рівнем джерела живлення та висновком джерела живлення мікросхеми має бути якомога коротшим, оскільки наростаючий фронт цифрового сигналу відбувається все швидше.Його краще підключити безпосередньо до контактної площадки, де розташований штифт живлення мікросхеми, про що потрібно поговорити окремо.
Для того, щоб контролювати синфазні електромагнітні перешкоди, силовий рівень повинен бути добре спроектованою парою силових шарів, щоб допомогти розв’язати і мати достатньо низьку індуктивність.Деякі люди можуть запитати, наскільки це добре?Відповідь залежить від шару живлення, матеріалу між шарами та робочої частоти (тобто функції часу наростання IC).Загалом відстань між шарами живлення становить 6mil, а проміжний шар — матеріал FR4, тому еквівалентна ємність на квадратний дюйм шару живлення становить близько 75 пФ.Очевидно, що чим менша відстань між шарами, тим більша ємність.
Існує небагато пристроїв із часом наростання 100-300 пс, але згідно з поточними темпами розвитку IC, пристрої з часом наростання в діапазоні 100-300 пс займатимуть високу частку.Для ланцюгів із часом наростання від 100 до 300 PS відстань між шарами 3 mil більше не застосовується для більшості застосувань.У той час необхідно прийняти технологію розшарування з інтервалом між шарами менше 1 mil і замінити діелектричний матеріал FR4 на матеріал з високою діелектричною проникністю.Тепер кераміка та пластик у горщиках можуть відповідати вимогам до конструкції ланцюгів із часом наростання від 100 до 300 пс.
Незважаючи на те, що в майбутньому можуть використовуватися нові матеріали та методи, звичайних ланцюгів із часом наростання від 1 до 3 нс, відстанню між шарами від 3 до 6 мілі та діелектричними матеріалами FR4 зазвичай достатньо для обробки високих гармонік і достатньо низького рівня перехідних сигналів, тобто , синфазні електромагнітні випромінювання можуть бути дуже низькими.У цій статті наведено приклад конструкції багатошарового укладання друкованих плат, а відстань між шарами становить від 3 до 6 міл.
електромагнітне екранування
З точки зору маршрутизації сигналу, хорошою стратегією шарування має бути розміщення всіх трас сигналу на одному або кількох шарах, які знаходяться поруч із рівнем живлення або площиною заземлення.Для джерела живлення хороша стратегія розшарування повинна полягати в тому, що рівень живлення прилягає до площини заземлення, а відстань між шаром живлення та площиною заземлення має бути якомога меншою, що ми називаємо стратегією «розшарування».
Стек PCB
Яка стратегія накопичення може допомогти захистити та придушити EMI?У наведеній нижче схемі багаторівневого стекування передбачається, що струм джерела живлення протікає по одному шару, а одна або кілька напруг розподіляються в різних частинах одного шару.Випадок кількох рівнів влади буде обговорено пізніше.
4-шарова плита
Існують деякі потенційні проблеми в дизайні 4-шарових ламінатів.Перш за все, навіть якщо рівень сигналу знаходиться на зовнішньому рівні, а площина живлення та заземлення – у внутрішньому, відстань між рівнем живлення та площиною заземлення все одно буде занадто великою.
Якщо вимога щодо вартості є першою, можна розглянути наступні дві альтернативи традиційній 4-шаровій дошці.Обидва вони можуть покращити ефективність придушення електромагнітних перешкод, але вони підходять лише для випадку, коли щільність компонентів на платі є достатньо низькою, а навколо компонентів є достатня площа (для розміщення необхідного мідного покриття для джерела живлення).
Перша схема є кращою.Зовнішні шари друкованої плати - це всі шари, а два середніх шари - це сигнальні / силові шари.Джерело живлення на сигнальному рівні прокладено широкими лініями, що робить низьким імпеданс шляху джерела живлення та низький опір мікросмужкового шляху сигналу.З точки зору контролю електромагнітних перешкод, це найкраща доступна 4-шарова структура друкованої плати.У другій схемі зовнішній шар передає живлення та землю, а два середніх шару передають сигнал.У порівнянні з традиційною 4-шаровою платою вдосконалення цієї схеми є меншим, а міжшаровий імпеданс не такий хороший, як у традиційної 4-шарової плати.
Якщо необхідно контролювати імпеданс електропроводки, наведена вище схема укладання повинна бути дуже обережною, щоб прокласти проводку під мідним острівцем джерела живлення та заземлення.Крім того, мідний острів на джерелі живлення або шарі повинен бути максимально з’єднаний, щоб забезпечити зв’язок між постійним струмом і низькою частотою.
6-шарова плита
Якщо щільність компонентів на 4-шаровій платі велика, 6-шарова пластина краще.Однак ефект екранування деяких схем укладання в дизайні 6-шарової плати недостатньо хороший, і перехідний сигнал шини живлення не зменшується.Два приклади обговорюються нижче.
У першому випадку джерело живлення і заземлення розміщені на другому і п'ятому шарах відповідно.Через високий опір джерела живлення з мідним покриттям контролювати синфазне електромагнітне випромінювання дуже несприятливо.Однак з точки зору контролю імпедансу сигналу цей спосіб дуже правильний.
У другому прикладі джерело живлення та заземлення розміщені на третьому та четвертому рівнях відповідно.Ця конструкція вирішує проблему мідного опору джерела живлення.Через низьку ефективність електромагнітного екранування шару 1 і шару 6 збільшується електромагнітне випромінювання диференціального режиму.Якщо кількість сигнальних ліній на двох зовнішніх шарах найменша, а довжина ліній дуже коротка (менше 1/20 найвищої гармонічної довжини хвилі сигналу), конструкція може вирішити проблему диференціального режиму EMI.Результати показують, що придушення електромагнітних випромінювань диференціального режиму особливо добре, коли зовнішній шар заповнений міддю, а мідна оболонка заземлена (кожна 1/20 інтервалу довжини хвилі).Як було сказано вище, укладається мідь
Час публікації: 29 липня 2020 р
