Como resolver o problema de EMI no projeto de PCB multicamadas?

Você sabe como resolver o problema de EMI ao projetar PCBs multicamadas?

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Existem muitas maneiras de resolver problemas de EMI. Os métodos modernos de supressão de EMI incluem: uso de revestimento de supressão de EMI, seleção de peças de supressão de EMI apropriadas e design de simulação de EMI. Com base no layout de PCB mais básico, este artigo discute a função da pilha de PCB no controle de radiação EMI e habilidades de design de PCB.

barramento de força

O salto da 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 IC de forma limpa em toda a banda de frequência. Além disso, a tensão transitória 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 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, então 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 pad onde o pino de alimentação do IC está localizado, o que precisa ser discutido separadamente.

Para controlar o modo comum EMI, a camada de energia deve ser um par bem projetado de camadas de energia para ajudar a desacoplar e ter uma indutância suficientemente baixa. Algumas pessoas podem perguntar, quão bom é? 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 intercamada é de material FR4, de modo que a capacitância equivalente por polegada quadrada da camada de energia é de cerca de 75pF. Obviamente, quanto menor o espaçamento da camada, maior a capacitância.

Não existem muitos dispositivos com tempo de subida de 100-300ps, mas de acordo com a taxa de desenvolvimento atual do IC, os dispositivos com tempo de subida na faixa de 100-300ps ocuparão uma proporção alta. 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 menor que 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 cv.

Embora novos materiais e métodos possam ser usados ​​no futuro, circuitos de tempo de subida comuns 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 transitórios baixos o suficiente, isto é , EMI de modo comum pode ser reduzido muito baixo. Neste artigo, o exemplo de projeto de empilhamento em camadas de PCB é dado, e o espaçamento da camada é assumido como de 3 a 6 mil.

blindagem eletromagnética

Do ponto de vista de roteamento de sinal, uma boa estratégia de estratificação deve ser colocar todos os traços de sinal em uma ou mais camadas, que estão próximas à camada de potência ou plano de solo. Para fornecimento de energia, uma boa estratégia de estratificação deve ser que a camada de força seja adjacente ao plano do solo, e a distância entre a camada de força e o plano do solo deve ser a menor possível, que é o que chamamos de estratégia de “estratificação”.

Pilha de PCB

Que tipo de estratégia de empilhamento pode ajudar a proteger e suprimir a EMI? O esquema de empilhamento em camadas a seguir assume que a corrente da fonte de alimentação flui em uma única camada e que uma ou várias tensões são distribuídas em diferentes partes da mesma camada. O caso de múltiplas camadas de energia 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 aterramento estejam na camada interna, a distância entre a camada de potência e o plano de aterramento ainda é muito grande.

Se o requisito de custo for o primeiro, as duas alternativas a seguir para o cartão tradicional de 4 camadas podem ser consideradas. Ambos podem melhorar o desempenho de 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 do meio são camadas de sinal / energia. A fonte de alimentação na camada de sinal é roteada com linhas largas, o que torna baixa a impedância do caminho da corrente da fonte de alimentação e baixa a impedância do caminho da microtira do sinal. 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 aterramento, e as duas camadas intermediárias carregam o sinal. Comparado com a placa tradicional de 4 camadas, a melhoria desse esquema é menor e a impedância intercamada não é tão boa quanto a da placa tradicional de 4 camadas.

Se a impedância da fiação deve ser controlada, o esquema de empilhamento acima deve ter muito cuidado ao colocar a fiação sob a ilha de cobre da fonte de alimentação e aterramento. Além disso, a ilha de cobre na fonte de alimentação ou estrato deve ser interconectada o máximo possível para garantir a conectividade entre CC 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 projeto da placa de 6 camadas não é bom o suficiente, e o sinal transiente do barramento de força não é reduzido. Dois exemplos são discutidos abaixo.

No primeiro caso, a fonte de alimentação e o aterramento são colocados na segunda e quinta camadas, respectivamente. Devido à alta impedância da fonte de alimentação revestida de cobre, é muito desfavorável controlar a radiação EMI de modo comum. Porém, do ponto de vista do controle da impedância do sinal, este 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 fraco desempenho de 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 mínimo e o comprimento das linhas for muito curto (menos de 1/20 do comprimento de onda harmônico mais alto 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). Como mencionado acima, o cobre deve ser colocado


Horário da postagem: 29 de julho de 2020