Com resoldre el problema EMI en el disseny de PCB multicapa?

Voleu resoldre el problema EMI quan dissenyeu PCB multicapa?

Deixa'm dir-te!

Hi ha moltes maneres de resoldre problemes d’EMI. Els mètodes moderns de supressió d’EMI inclouen: l’ús de recobriment de supressió d’EMI, la selecció de peces adequades de supressió d’EMI i el disseny de simulacions d’EMI. Basat en el disseny més bàsic de PCB, aquest article analitza la funció de la pila de PCB en el control de la radiació EMI i les habilitats de disseny de PCB.

bus de motor

El salt de la tensió de sortida d’IC es pot accelerar col·locant la capacitat adequada a prop del pin de potència d’IC. No obstant això, aquest no és el final del problema. A causa de la resposta de freqüència limitada del condensador, és impossible que el condensador generi la potència harmònica necessària per conduir netament la sortida IC a tota la banda de freqüències. A més, la tensió transitòria formada al bus de potència causarà caiguda de tensió als dos extrems de la inductància del camí de desacoblament. Aquestes tensions transitòries són les principals fonts d'interferència EMI en mode comú. Com podem resoldre aquests problemes?

En el cas de la IC a la nostra placa de circuit, la capa d’alimentació al voltant de l’IC es pot considerar com un bon condensador d’alta freqüència, que pot recollir l’energia filtrada pel condensador discret que proporciona energia d’alta freqüència per a una sortida neta. A més, la inductància d’una bona capa d’alimentació és petita, de manera que el senyal transitori sintetitzat per l’inductor també és petit, reduint així el mode comú EMI.

Per descomptat, la connexió entre la capa d'alimentació elèctrica i el pin d'alimentació IC ha de ser el més curta possible, perquè la vora creixent del senyal digital és més ràpida i ràpida. És millor connectar-lo directament al coixinet on es troba el pin d'alimentació IC, que cal discutir per separat.

Per controlar l’EMI en mode comú, la capa d’alimentació ha de ser un parell de capes d’energia ben dissenyades per ajudar a desacoblar-se i tenir una inductància prou baixa. Hi ha qui pot preguntar, què tan bo? La resposta depèn de la capa de potència, el material entre les capes i la freqüència de funcionament (és a dir, una funció del temps de pujada de la CI). En general, l’espaiat de les capes d’energia és de 6mil i la capa intermèdia és de material FR4, de manera que la capacitança equivalent per polzada quadrada de capa d’energia és d’uns 75pF. Bviament, com més petita sigui la distància entre capes, més gran és la capacitança.

No hi ha gaires dispositius amb un temps de pujada de 100-300ps, però d’acord amb la taxa de desenvolupament actual de l’IC, els dispositius amb temps de pujada en l’interval de 100-300ps ocuparan una proporció elevada. Per a circuits amb temps de pujada de 100 a 300 PS, l’espaiat de la capa de 3 mil ja no és aplicable a la majoria d’aplicacions. En aquest moment, és necessari adoptar la tecnologia de delaminació amb un espaiat entre capes inferior a 1 mil i substituir el material dielèctric FR4 pel material amb alta constant dielèctrica. Ara, la ceràmica i els plàstics en test poden complir els requisits de disseny de circuits de temps d'augment de 100 a 300 ps.

Tot i que es poden utilitzar nous materials i mètodes en el futur, els circuits comuns d’1 a 3 ns de temps de pujada, l’espaiat de la capa de 3 a 6 mil i els materials dielèctrics FR4 solen ser suficients per manejar harmònics de gamma alta i fer que els senyals transitoris siguin prou baixos, és a dir, , el mode comú EMI es pot reduir molt baix. En aquest article, es dóna l'exemple de disseny de l'apilament en capes de PCB i es suposa que l'espaiat de la capa és de 3 a 6 mil.

blindatge electromagnètic

Des del punt de vista d’encaminament del senyal, una bona estratègia de capes hauria de ser col·locar totes les traces de senyal en una o més capes, que estan al costat de la capa de potència o del pla de terra. Per a la font d'alimentació, una bona estratègia de capes hauria de ser que la capa de potència sigui adjacent al pla de terra i que la distància entre la capa de potència i el pla de terra sigui el més petita possible, que és el que anomenem estratègia de "capes".

Pila de PCB

Quin tipus d'estratègia d'apilament pot ajudar a protegir i suprimir l'EMI? El següent esquema d'apilament per capes suposa que el corrent de subministrament d'energia flueix sobre una sola capa i que el voltatge únic o tensions múltiples es distribueixen en diferents parts de la mateixa capa. El cas de múltiples capes de potència es tractarà més endavant.

Plat de 4 capes

Hi ha alguns problemes possibles en el disseny de laminats de quatre capes. En primer lloc, fins i tot si la capa de senyal es troba a la capa exterior i la potència i el pla de terra es troben a la capa interna, la distància entre la capa de potència i el pla de terra és encara massa gran.

Si el requisit de cost és el primer, es poden considerar les dues alternatives següents a la taula tradicional de quatre capes. Tots dos poden millorar el rendiment de supressió de l’EMI, però només són adequats per al cas en què la densitat dels components a la placa sigui prou baixa i hi hagi una superfície al voltant dels components (per col·locar el recobriment de coure necessari per a l’alimentació elèctrica).

El primer és l’esquema preferit. Les capes exteriors del PCB són totes capes, i les dues capes mitjanes són capes de senyal / potència. L'alimentació de la capa de senyal s'encarrega amb grans línies, cosa que fa que la impedància de ruta del corrent d'alimentació sigui baixa i la impedància de la ruta del microstrip del senyal. Des del punt de vista del control EMI, aquesta és la millor estructura de PCB de 4 capes disponible. En el segon esquema, la capa externa transporta la potència i la terra, i la capa mitjana de dues porta el senyal. En comparació amb el tauler tradicional de 4 capes, la millora d’aquest esquema és menor i la impedància entre capes no és tan bona com la del tauler tradicional de 4 capes.

Si s’ha de controlar la impedància del cablejat, l’esquema d’apilament anterior hauria de tenir molt de compte per col·locar el cablejat sota l’illa de coure d’alimentació i connexió a terra. A més, l’illa de coure de l’alimentació elèctrica o l’estratègic hauria d’estar interconnectada tant com sigui possible per assegurar la connectivitat entre corrent continu i baixa freqüència.

Placa de 6 capes

Si la densitat dels components de la placa de 4 capes és gran, la placa de 6 capes és millor. No obstant això, l'efecte de protecció d'alguns esquemes d'apilament en el disseny de taules de 6 capes no és prou bo i el senyal transitori del bus d'alimentació no es redueix. A continuació es discuteixen dos exemples.

En el primer cas, la font d'alimentació i la terra es col·loquen a la segona i cinquena capa respectivament. A causa de l’alta impedància de la font d’alimentació revestida de coure, és molt desfavorable controlar la radiació EMI en mode comú. Tot i això, des del punt de vista del control de la impedància del senyal, aquest mètode és molt correcte.

En el segon exemple, la font d'alimentació i la terra es col·loquen a la tercera i quarta capa respectivament. Aquest disseny resol el problema de la impedància revestida de coure de la font d'alimentació. A causa del deficient rendiment de blindatge electromagnètic de la capa 1 i la capa 6, el mode diferencial EMI augmenta. Si el nombre de línies de senyal de les dues capes exteriors és menor i la longitud de les línies és molt curta (menys d'1 / 20 de la longitud d'ona harmònica més alta del senyal), el disseny pot resoldre el problema del mode diferencial EMI. Els resultats mostren que la supressió del mode diferencial EMI és especialment bona quan la capa exterior s’omple de coure i la zona revestida de coure està connectada a terra (cada interval de longitud d’ona 1/20). Com s'ha esmentat anteriorment, es posarà coure


Hora de publicació: 29-Jul-2020