כיצד לפתור את הבעיה ב- EMI בתכנון PCB רב שכבתי?

האם אתה יודע לפתור את בעיית EMI בעת תכנון PCB רב שכבתי?

תן לי לספר לך!

ישנן דרכים רבות לפתור בעיות EMI. שיטות דיכוי EMI כוללות: שימוש בציפוי דיכוי EMI, בחירת חלקי דיכוי EMI ועיצוב סימולציה של EMI. בהתבסס על פריסת ה- PCB הבסיסית ביותר, מאמר זה דן בתפקוד ערימת ה- PCB בשליטה על קרינת EMI וכישורי תכנון PCB.

אוטובוס חשמל

ניתן להאיץ את קפיצת מתח המוצא של IC על ידי הצבת קיבול מתאים ליד סיכת החשמל של IC. עם זאת, זה לא סוף הבעיה. בשל תגובת התדרים המצומצמת של הקבל, לא ניתן לקבל את הכוח ההרמוני הדרוש בכדי להניע את פלט ה- IC בצורה נקייה ברצועת התדרים המלאה. בנוסף, המתח החולף שנוצר על אוטובוס הכוח יגרום לירידות מתח בשני קצות השראות הנתיב של הניתוק. מתחים חולפים אלה הם המקורות העיקריים במצב הפרעות EMI. כיצד נוכל לפתור את הבעיות הללו?

במקרה של IC בלוח המעגל שלנו, ניתן לראות בשכבת הכוח סביב ה- IC קבלים טובים בתדר גבוה, שיכולים לאסוף את האנרגיה שדלף על ידי הקבל הבודד המספק אנרגיה בתדר גבוה לפלט נקי. בנוסף, השראות של שכבת כוח טובה היא קטנה, ולכן האות החולף המסונתז על ידי המשרן הוא גם קטן, ובכך מצמצם את מצב EMI הנפוץ.

כמובן שהחיבור בין שכבת אספקת החשמל לפין אספקת החשמל IC חייב להיות קצר ככל האפשר, מכיוון שהקצה העולה של האות הדיגיטלי מהיר ומהיר יותר. עדיף לחבר אותו ישירות לרפידה בה נמצא פינת הכוח IC, עליה יש לדון בנפרד.

על מנת לשלוט ב- EMI במצב נפוץ, שכבת הכוח חייבת להיות זוג שכבות כוח מעוצבות היטב כדי לעזור להתנתק ולהיות משרן נמוך מספיק. יש אנשים שעשויים לשאול, כמה זה טוב? התשובה תלויה בשכבת הכוח, בחומר בין השכבות, ותדר הפעולה (כלומר פונקציה של זמן עליית IC). באופן כללי, המרווח של שכבות כוח הוא 6 מיליליטר, והשכבה הבינוונית היא חומר FR4, ולכן הקיבול השווה לכל סנטימטר של שכבת חשמל הוא בערך 75pF. ברור שככל שמרווח השכבות קטן יותר, הקיבול גדול יותר.

אין הרבה מכשירים עם זמן עלייה של 100-300 סיביות, אך בהתאם לשיעור הפיתוח הנוכחי של ה- IC, המכשירים עם זמן עלייה בטווח של 100-300 סיביות יתפסו פרופורציה גבוהה. במעגלים עם זמני עלייה של 100 עד 300 PS, מרווח שכבות של 3 מיל כבר לא חל על רוב היישומים. באותה עת, יש צורך לאמץ את טכנולוגיית הדלמינציה במרווח הבינניסטי פחות מ- 1 מיליליטר, ולהחליף את החומר הדיאלקטרי FR4 בחומר בקבוע דיאלקטרי גבוה. כעת, קרמיקה ופלסטיק בעציצים יכולים לעמוד בדרישות העיצוב של מעגלי זמן עלייה של 100 עד 300 פיקסלים.

למרות שניתן להשתמש בעתיד בחומרים ושיטות חדשות, נפוצים בדרך כלל מעגלי זמן עלייה של 1 עד 3 נ ', מרווח שכבה של 3 עד 6 מיליליטר, וחומרים דיאלקטריים FR4 בדרך כלל מספיקים בכדי להתמודד עם הרמוניות מתקדמות ולהפוך אותות חולפים נמוכים מספיק, כלומר , ניתן להפחית EMI במצב נפוץ נמוך מאוד. במאמר זה ניתנת הדוגמה העיצובית של ערימה בשכבות PCB, וההנחה היא שמרווח השכבה הוא 3 עד 6 מיילים.

מיגון אלקטרומגנטי

מבחינת ניתוב האות, אסטרטגיית שכבות טובה צריכה להיות למקם את כל עקבות האות בשכבה אחת או יותר, הנמצאות בסמוך לשכבת הכוח או למישור הקרקע. לגבי אספקת חשמל, אסטרטגיית שכבות טובה צריכה להיות ששכבת הכוח צמודה למישור הקרקע, והמרחק בין שכבת הכוח למישור הקרקע צריך להיות קטן ככל האפשר, וזה מה שאנחנו מכנים אסטרטגיית "שכבות".

מחסנית PCB

איזו אסטרטגיית הערמה יכולה לסייע בהגנה על דיכוי EMI? תוכנית ערימת השכבות הבאה מניחה כי זרם אספקת החשמל זורם על שכבה אחת וכי מתח בודד או מתחים מרובים מופצים בחלקים שונים של אותה שכבה. המקרה של שכבות כוח מרובות יידון בהמשך.

צלחת 4-רובד

ישנן כמה בעיות פוטנציאליות בעיצוב לרבד רב שכבתי. ראשית, גם אם שכבת האות נמצאת בשכבה החיצונית והמישור ומישור האדמה נמצאים בשכבה הפנימית, המרחק בין שכבת הכוח למישור הקרקע עדיין גדול מדי.

אם דרישת העלות היא הראשונה, ניתן לקחת בחשבון את שתי החלופות הבאות ללוח המסורתי בעל 4 רובדים. שניהם יכולים לשפר את ביצועי הדיכוי של EMI, אך הם מתאימים רק למקרה בו צפיפות הרכיבים על הלוח נמוכה מספיק ויש מספיק שטח סביב הרכיבים (למקם את ציפוי הנחושת הנדרש לאספקת חשמל).

הראשון הוא התוכנית המועדפת. השכבות החיצוניות של ה- PCB כולן שכבות, ושתי השכבות האמצעיות הן שכבות איתות / כוח. אספקת החשמל בשכבת האות מנותבת עם קווים רחבים, מה שהופך את עכבת הנתיב של זרם אספקת החשמל לנמוכה ואת עכבת מסלול מיקרוסטריפט האות נמוכה. מנקודת המבט של בקרת EMI, זהו מבנה ה- PCB בעל 4 שכבות הטוב ביותר שיש. בתכנית השנייה, השכבה החיצונית נושאת את הכוח ואת האדמה, והשכבה השנייה האמצעית נושאת את האות. בהשוואה ללוח המסורתי בעל 4 שכבות, השיפור בתכנית זו קטן יותר, וההימנעות בין שכבתיים אינה טובה כמו זו של הלוח המסורתי בעל שכבה.

אם יש לשלוט על עכבת החיווט, על ערימת הערימה לעיל להיות זהירה מאוד להניח את החיווט מתחת לאי הנחושת של אספקת חשמל והארקה. בנוסף, יש לחבר את האי נחושת המופיע באספקת החשמל או בשכבה ככל האפשר בכדי להבטיח את הקישוריות בין DC לתדר נמוך.

צלחת 6 שכבות

אם צפיפות הרכיבים בלוח 4 שכבות גדולה, לוחית 6 השכבות טובה יותר. עם זאת, השפעת הסיכוך של כמה מתכניות הערמה בעיצוב לוח 6 שכבות אינה טובה מספיק, והאות החולף של אוטובוס חשמל אינו מופחת. שתי דוגמאות נדונו להלן.

במקרה הראשון, ספק הכוח והקרקע ממוקמים בשכבה השנייה והחמישית בהתאמה. בגלל העכבה הגבוהה של אספקת החשמל המצופה נחושת, זה שלילי מאוד לשלוט על קרינת EMI במצב נפוץ. עם זאת, מבחינת בקרת עכבת האות, שיטה זו נכונה מאוד.

בדוגמה השנייה, ספק הכוח והקרקע ממוקמים בשכבה השלישית והרביעית בהתאמה. תכנון זה פותר את בעיית העכבה המצופה נחושת באספקת החשמל. בגלל ביצועי הסיכוי האלקטרומגנטית הלקויה של שכבה 1 ושכבה 6, מצב ההפרש EMI עולה. אם מספר קווי האות בשתי השכבות החיצוניות הוא הנמוך ביותר ואורך הקווים קצר מאוד (פחות מ- 1/20 מאורך הגל ההרמוני הגבוה ביותר של האות), התכנון יכול לפתור את הבעיה של מצב ההפרש EMI. התוצאות מראות כי הדיכוי של מצב ההפרש EMI טוב במיוחד כאשר השכבה החיצונית מתמלאת בנחושת ואזור החיפוי הנחושת מקורקע (כל מרווח באורך גל 1/20). כאמור, נחושת תונח


זמן הודעה: 29-2020 ביולי