Kas teate, kuidas lahendada EMI probleem mitmekihilise PCB projekteerimisel?
Las ma räägin sulle!
EMI probleemide lahendamiseks on palju võimalusi.Kaasaegsed EMI summutusmeetodid hõlmavad järgmist: EMI summutuskatte kasutamine, sobivate EMI summutusosade valimine ja EMI simulatsiooni disain.Põhinedes kõige elementaarsemal PCB paigutusel, käsitletakse selles artiklis PCB virna funktsiooni EMI kiirguse juhtimisel ja PCB projekteerimisoskusi.
jõubuss
IC väljundpinge hüpet saab kiirendada, asetades sobiva mahtuvuse IC toiteviigu lähedusse.Sellega aga probleem ei lõpe.Kondensaatori piiratud sagedusreaktsiooni tõttu on kondensaatoril võimatu genereerida harmoonilist võimsust, mis on vajalik IC väljundi puhtaks juhtimiseks kogu sagedusribas.Lisaks põhjustab toitesiinil tekkiv siirdepinge pingelangust lahtisidumise tee induktiivsuse mõlemas otsas.Need siirdepinged on peamised ühisrežiimilised EMI häirete allikad.Kuidas me saame neid probleeme lahendada?
Meie trükkplaadi IC puhul võib IC-i ümbritsevat toitekihti pidada heaks kõrgsageduskondensaatoriks, mis suudab koguda puhta väljundi jaoks kõrgsageduslikku energiat pakkuvast diskreetsest kondensaatorist lekkinud energiat.Lisaks on hea võimsuskihi induktiivsus väike, seega on ka induktiivpooli poolt sünteesitav siirdesignaal väike, vähendades seega ühisrežiimi EMI-d.
Muidugi peab ühendus toitekihi ja IC-toiteallika kontakti vahel olema võimalikult lühike, sest digisignaali tõusev serv on järjest kiirem.Parem on ühendada see otse padjaga, kus asub IC-toitekontakt, mida tuleb eraldi arutada.
Ühisrežiimi EMI juhtimiseks peab toitekiht olema hästi läbimõeldud võimsuskihtide paar, mis aitaks lahtisidumist ja millel on piisavalt madal induktiivsus.Mõni võib küsida, kui hea see on?Vastus sõltub võimsuskihist, kihtidevahelisest materjalist ja töösagedusest (st IC tõusuaja funktsioonist).Üldiselt on toitekihtide vahekaugus 6 miili ja vahekiht on FR4 materjalist, seega on toitekihi ekvivalentne mahtuvus ruuttolli kohta umbes 75 pF.Ilmselgelt, mida väiksem on kihtide vahe, seda suurem on mahtuvus.
100-300ps tõusuajaga seadmeid pole palju, kuid IC praeguse arengutempo järgi moodustavad suure osa seadmed, mille tõusuaeg jääb vahemikku 100-300ps.100–300 PS tõusuaegadega ahelate puhul ei ole 3-milline kihivahe enamus rakendustes kohaldatav.Sel ajal on vaja kasutusele võtta delamineerimistehnoloogia, mille vahekihtide vahe on väiksem kui 1 miil, ja asendada FR4 dielektriline materjal suure dielektrilise konstandiga materjaliga.Nüüd vastavad keraamika ja pottplastid 100–300 ps tõusuaja ahelate projekteerimisnõuetele.
Kuigi tulevikus võidakse kasutada uusi materjale ja meetodeid, on tavalised 1–3 ns tõusuaja ahelad, 3–6 miili kihivahed ja FR4 dielektrilised materjalid tavaliselt piisavad kõrgetasemeliste harmooniliste käsitlemiseks ja siirdesignaalide piisavalt madalaks muutmiseks, st. , ühisrežiimi EMI saab väga madalaks vähendada.Selles artiklis on toodud PCB kihilise virnastamise kujundusnäide ja eeldatakse, et kihtide vahe on 3–6 miili.
elektromagnetiline varjestus
Signaali marsruutimise seisukohast peaks hea kihistamise strateegia olema paigutada kõik signaalijäljed ühte või mitmesse kihti, mis asuvad toitekihi või alusplaadi kõrval.Toiteallika jaoks peaks hea kihistamise strateegia olema see, et toitekiht külgneb alustasandiga ning vahemaa toitekihi ja alusplaadi vahel peaks olema võimalikult väike, mida me nimetame "kihistamise" strateegiaks.
PCB virn
Milline virnastamisstrateegia võib aidata EMI-d kaitsta ja maha suruda?Järgnev kihiline virnastamisskeem eeldab, et toiteallika vool voolab ühel kihil ja üks pinge või mitu pinget on jaotatud sama kihi erinevatesse osadesse.Mitme võimsuskihi juhtumit arutatakse hiljem.
4-kihiline plaat
4-kihiliste laminaatide projekteerimisel on mõningaid võimalikke probleeme.Esiteks, isegi kui signaalikiht asub väliskihis ning võimsus ja alustasand on sisemises kihis, on võimsuskihi ja alusplaadi vaheline kaugus ikkagi liiga suur.
Kui kulunõue on esimene, võib traditsioonilisele 4-kihilisele plaadile kaaluda kahte järgmist alternatiivi.Mõlemad võivad parandada EMI summutamise jõudlust, kuid sobivad ainult juhul, kui plaadil olevate komponentide tihedus on piisavalt madal ja komponentide ümber on piisavalt pinda (toiteallikaks vajaliku vaskkatte paigaldamiseks).
Esimene on eelistatud skeem.PCB välimised kihid on kõik kihid ja kaks keskmist kihti on signaali / toitekihid.Signaalikihi toiteallikas on suunatud laiade joontega, mis muudab toiteallika voolu takistuse madalaks ja signaali mikroriba tee takistuse madalaks.EMI juhtimise seisukohast on see parim saadaolev 4-kihiline PCB struktuur.Teises skeemis kannab välimine kiht toidet ja maandust ning kaks keskmist kihti kannab signaali.Võrreldes traditsioonilise 4-kihilise plaadiga on selle skeemi täiustamine väiksem ja kihtidevaheline takistus pole nii hea kui traditsioonilisel 4-kihilisel plaadil.
Juhtmete impedantsi kontrollimiseks peaks ülaltoodud virnastamisskeem olema väga ettevaatlik, et asetada juhtmestik toiteallika ja maanduse vasest saare alla.Lisaks peaks toiteallika või kihi vasksaar olema võimalikult palju omavahel ühendatud, et tagada ühenduvus alalisvoolu ja madala sageduse vahel.
6-kihiline plaat
Kui 4-kihilise plaadi komponentide tihedus on suur, on 6-kihiline plaat parem.Mõnede virnastamisskeemide varjestusefekt 6-kihilise plaadi konstruktsioonis ei ole aga piisavalt hea ja toitesiini mööduv signaal ei vähene.Allpool käsitletakse kahte näidet.
Esimesel juhul asetatakse toiteallikas ja maandus vastavalt teise ja viiendasse kihti.Vasega kaetud toiteallika kõrge impedantsi tõttu on ühisrežiimi EMI kiirguse juhtimine väga ebasoodne.Signaali impedantsi juhtimise seisukohalt on see meetod aga väga õige.
Teises näites on toiteallikas ja maandus paigutatud vastavalt kolmandasse ja neljandasse kihti.See disain lahendab toiteallika vasega kaetud impedantsi probleemi.1. ja 6. kihi halva elektromagnetilise varjestuse tõttu suureneb diferentsiaalrežiimi EMI.Kui signaaliliinide arv kahel välimisel kihil on kõige väiksem ja liinide pikkus on väga lühike (vähem kui 1/20 signaali kõrgeimast harmoonilisest lainepikkusest), saab disain lahendada diferentsiaalrežiimi EMI probleemi.Tulemused näitavad, et diferentsiaalrežiimi EMI summutamine on eriti hea, kui välimine kiht on täidetud vasega ja vasega kaetud ala on maandatud (iga 1/20 lainepikkuse intervalli järel).Nagu eespool mainitud, paigaldatakse vask
Postitusaeg: 29.07.2020
