Você sabe como resolver o problema de EMI ao projetar PCB multicamadas?
Deixe-me dizer-lhe!
Existem muitas maneiras de resolver problemas de EMI.Os métodos modernos de supressão de EMI incluem: usar revestimento de supressão de EMI, selecionar peças de supressão de EMI apropriadas e projeto de simulação de EMI.Com base no layout de PCB mais básico, este documento discute a função da pilha de PCB no controle da radiação EMI e nas habilidades de design de PCB.
barramento de força
O salto de tensão de saída do IC pode ser acelerado colocando a capacitância apropriada perto do pino de alimentação do IC.No entanto, este não é o fim do problema.Devido à resposta de frequência limitada do capacitor, é impossível para o capacitor gerar a potência harmônica necessária para acionar a saída do IC de forma limpa em toda a banda de frequência.Além disso, a tensão transiente formada no barramento de força causará queda de tensão em ambas as extremidades da indutância do caminho de desacoplamento.Essas tensões transitórias são as principais fontes de interferência EMI de modo comum.Como podemos resolver esses problemas?
No caso do IC em nossa placa de circuito, a camada de energia ao redor do IC pode ser considerada como um bom capacitor de alta frequência, que pode coletar a energia vazada pelo capacitor discreto que fornece energia de alta frequência para uma saída limpa.Além disso, a indutância de uma boa camada de potência é pequena, portanto o sinal transiente sintetizado pelo indutor também é pequeno, reduzindo assim o modo comum EMI.
Obviamente, a conexão entre a camada da fonte de alimentação e o pino da fonte de alimentação do IC deve ser a mais curta possível, porque a borda ascendente do sinal digital é cada vez mais rápida.É melhor conectá-lo diretamente ao bloco onde o pino de alimentação do IC está localizado, o que precisa ser discutido separadamente.
Para controlar a EMI de modo comum, a camada de alimentação deve ser um par bem projetado de camadas de alimentação para ajudar a desacoplar e ter uma indutância suficientemente baixa.Algumas pessoas podem perguntar, quão bom é isso?A resposta depende da camada de potência, do material entre as camadas e da frequência de operação (ou seja, uma função do tempo de subida do IC).Em geral, o espaçamento das camadas de energia é de 6mil e a camada intermediária é de material FR4, portanto, a capacitância equivalente por polegada quadrada da camada de energia é de cerca de 75pF.Obviamente, quanto menor o espaçamento entre as camadas, maior a capacitância.
Não existem muitos dispositivos com um tempo de subida de 100-300ps, mas de acordo com a atual taxa de desenvolvimento do IC, os dispositivos com tempo de subida na faixa de 100-300ps ocuparão uma alta proporção.Para circuitos com tempos de subida de 100 a 300 PS, o espaçamento de camada de 3 mil não é mais aplicável para a maioria das aplicações.Nesse momento, é necessário adotar a tecnologia de delaminação com espaçamento entre camadas inferior a 1mil e substituir o material dielétrico FR4 pelo material com alta constante dielétrica.Agora, cerâmicas e plásticos em vasos podem atender aos requisitos de projeto de circuitos de tempo de subida de 100 a 300 ps.
Embora novos materiais e métodos possam ser usados no futuro, circuitos comuns de tempo de subida de 1 a 3 ns, espaçamento de camada de 3 a 6 mil e materiais dielétricos FR4 são geralmente suficientes para lidar com harmônicos de ponta e tornar os sinais transientes baixos o suficiente, ou seja , o modo comum EMI pode ser reduzido muito baixo.Neste documento, o exemplo de projeto de empilhamento em camadas de PCB é fornecido e o espaçamento entre camadas é considerado de 3 a 6 mil.
blindagem eletromagnética
Do ponto de vista do roteamento de sinal, uma boa estratégia de camadas deve ser colocar todos os traços de sinal em uma ou mais camadas, próximas à camada de potência ou plano de terra.Para fonte de alimentação, uma boa estratégia de camadas deve ser que a camada de energia esteja adjacente ao plano de terra, e a distância entre a camada de energia e o plano de terra deve ser a menor possível, que é o que chamamos de estratégia de “camadas”.
pilha de PCB
Que tipo de estratégia de empilhamento pode ajudar a proteger e suprimir EMI?O seguinte esquema de empilhamento em camadas assume que a corrente da fonte de alimentação flui em uma única camada e que uma única tensão ou múltiplas tensões são distribuídas em diferentes partes da mesma camada.O caso de múltiplas camadas de poder será discutido mais tarde.
placa de 4 camadas
Existem alguns problemas potenciais no projeto de laminados de 4 camadas.Em primeiro lugar, mesmo que a camada de sinal esteja na camada externa e a potência e o plano de terra estejam na camada interna, a distância entre a camada de potência e o plano de terra ainda é muito grande.
Se o requisito de custo for o primeiro, as duas alternativas a seguir para a placa tradicional de 4 camadas podem ser consideradas.Ambos podem melhorar o desempenho da supressão de EMI, mas são adequados apenas para o caso em que a densidade dos componentes na placa é baixa o suficiente e há área suficiente ao redor dos componentes (para colocar o revestimento de cobre necessário para a fonte de alimentação).
O primeiro é o esquema preferido.As camadas externas do PCB são todas camadas, e as duas camadas intermediárias são camadas de sinal/potência.A fonte de alimentação na camada de sinal é roteada com linhas largas, o que torna a impedância do caminho da corrente da fonte de alimentação baixa e a impedância do caminho da microfita de sinal baixa.Do ponto de vista do controle EMI, esta é a melhor estrutura de PCB de 4 camadas disponível.No segundo esquema, a camada externa carrega a energia e o solo, e as duas camadas intermediárias carregam o sinal.Em comparação com a placa tradicional de 4 camadas, a melhoria desse esquema é menor e a impedância intermediária não é tão boa quanto a da placa tradicional de 4 camadas.
Se a impedância da fiação for controlada, o esquema de empilhamento acima deve ter muito cuidado para colocar a fiação sob a ilha de cobre da fonte de alimentação e do aterramento.Além disso, a ilha de cobre na fonte de alimentação ou estrato deve ser interconectada o máximo possível para garantir a conectividade entre DC e baixa frequência.
placa de 6 camadas
Se a densidade dos componentes na placa de 4 camadas for grande, a placa de 6 camadas é melhor.No entanto, o efeito de blindagem de alguns esquemas de empilhamento no design da placa de 6 camadas não é bom o suficiente e o sinal transitório do barramento de energia não é reduzido.Dois exemplos são discutidos abaixo.
No primeiro caso, a fonte de alimentação e o aterramento são colocados na segunda e na quinta camadas, respectivamente.Devido à alta impedância da fonte de alimentação revestida de cobre, é muito desfavorável controlar a radiação EMI de modo comum.No entanto, do ponto de vista do controle de impedância do sinal, esse método é muito correto.
No segundo exemplo, a fonte de alimentação e o aterramento são colocados na terceira e quarta camadas, respectivamente.Este projeto resolve o problema da impedância revestida de cobre da fonte de alimentação.Devido ao baixo desempenho da blindagem eletromagnética da camada 1 e da camada 6, o modo diferencial EMI aumenta.Se o número de linhas de sinal nas duas camadas externas for o menor e o comprimento das linhas for muito curto (menos de 1/20 do maior comprimento de onda harmônico do sinal), o projeto pode resolver o problema do modo diferencial EMI.Os resultados mostram que a supressão do modo diferencial EMI é especialmente boa quando a camada externa é preenchida com cobre e a área revestida de cobre é aterrada (a cada intervalo de comprimento de onda de 1/20).Conforme mencionado acima, o cobre deve ser colocado
Horário da postagem: 29 de julho de 2020
