როგორ გადავჭრათ EMI პრობლემა მრავალ ფენის PCB დიზაინში?

იცით თუ როგორ უნდა გადაჭრას EMI პრობლემა, როდესაც მრავალ ფენის PCB დიზაინია?

ნება მიბოძეთ გითხრათ!

EMI– ს პრობლემების გადაჭრის მრავალი გზა არსებობს. EMI დათრგუნვის თანამედროვე მეთოდები მოიცავს: EMI ჩახშობის საფარის გამოყენებას, შესაბამისი EMI ჩახშობის ნაწილების შერჩევასა და EMI სიმულაციის დიზაინს. PCB– ის ყველაზე ძირითადი განლაგების საფუძველზე, ამ ნაშრომში განხილულია PCB სტეკის ფუნქცია EMI გამოსხივების კონტროლისა და PCB დიზაინის უნარების კონტროლის პროცესში.

დენის ავტობუსი

IC- ის გამომავალი ძაბვის ნახტომი შეიძლება დააჩქაროს IC ძაბვის მახლობლად შესაბამისი სიმძლავრის განთავსებით. თუმცა, ეს არ არის პრობლემის დასასრული. კონდენსატორის სიხშირეზე შეზღუდული რეაგირების გამო, შეუძლებელია კონდენსატორის მიერ ჰარმონიული ენერგიის გამომუშავება, რომელიც საჭიროა სრული სიხშირის დიაპაზონში IC გამოსავლის გასავლელად. გარდა ამისა, ელექტროსადგურზე წარმოქმნილი ტრანზიტული ძაბვა გამოიწვევს ძაბვის ვარდნას გამტარიანობის ბილიკის ინდუქციის ბოლოს. ეს გარდამავალი ძაბვები არის EMI– ის ჩარევის ძირითადი საერთო რეჟიმი. როგორ შეგვიძლია მოვაგვაროთ ეს პრობლემები?

ჩვენს წრიულ დაფაზე IC– ს შემთხვევაში, ელექტროენერგიის ფენა IC– ს გარშემო შეიძლება ჩაითვალოს კარგი მაღალი სიხშირის კონდენსატორად, რომელსაც შეუძლია შეაგროვოს დისკრეტული კონდენსატორის მიერ გაჟღენთილი ენერგია, რომელიც უზრუნველყოფს მაღალი სიხშირის ენერგიას სუფთა გამომუშავებისთვის. გარდა ამისა, კარგი დენის ფენის ინდუქცია მცირეა, ამიტომ ინდუქტორთან სინთეზირებული გარდამავალი სიგნალი ასევე მცირეა, რითაც ამცირებს EMI– ს საერთო რეჟიმს.

რა თქმა უნდა, კავშირი ელექტრომომარაგების ფენასა და IC ელექტრომომარაგების პინას შორის უნდა იყოს რაც შეიძლება მოკლე, რადგან ციფრული სიგნალის ზრდის ზღვარი უფრო სწრაფი და სწრაფია. უმჯობესია დააკავშიროთ იგი უშუალოდ ბალიშზე, სადაც მდებარეობს IC ძალაუფლების პინი, რომელიც ცალკე უნდა განიხილოს.

EMI– ს საერთო რეჟიმის გასაკონტროლებლად, ელექტროენერგიის ფენა უნდა იყოს კარგად შემუშავებული წყვილი დენის ფენებში, რათა ხელი შეუწყოს განადგურებას და ჰქონდეს საკმარისად დაბალი ინდუქცია. შეიძლება ვიღაცამ იკითხოს, რამდენად კარგია? პასუხი დამოკიდებულია ძალაუფლების ფენაზე, ფენებს შორის არსებულ მასალასა და საოპერაციო სიხშირეზე (ე.ი. IC– ის ზრდის დროის ფუნქცია). ზოგადად, ელექტროენერგიის ფენების დაშორებაა 6 მილიონი, ხოლო შრის ფენა არის FR4 მასალა, ამიტომ ეკვივალენტური სიმძლავრე დენის ფენის კვადრატულ დიუმზე არის დაახლოებით 75pF. ცხადია, რაც უფრო მცირეა ფენის ინტერვალი, მით უფრო დიდია ტევადობა.

აქ არ არის ბევრი მოწყობილობა 100-300ps სიჩქარით, მაგრამ IC– ს განვითარების თანამედროვე ტემპის მიხედვით, 100-300ps– ის დიაპაზონში აწევების დროით დატვირთული მოწყობილობები მაღალ პროპორციას დაიკავებენ. 100-დან 300 PS- მდე გამრავლების სქემისთვის, 3 მილი ფენის ინტერვალი აღარ გამოიყენება უმეტეს აპლიკაციებზე. ამ დროს, აუცილებელია დელიმინაციის ტექნოლოგიის მიღება ინტერლეიერის ინტერვალით, ვიდრე 1 მილიზე ნაკლები, და FR4 დიელექტრიკული მასალა ჩაანაცვლოს მასალასთან, მაღალი დიელექტრიკული მუდმივობით. ახლა კერამიკას და ქოთანში პლასტმასს შეუძლია დააკმაყოფილოს 100-დან 300 წმ-მდე ზრდადი წრეების დიზაინის მოთხოვნები.

მიუხედავად იმისა, რომ მომავალში შეიძლება გამოყენებულ იქნეს ახალი მასალები და მეთოდები, საერთო 1-დან 3 სთ-მდე აწევა დროის სქემები, 3-დან 6 მილი ფენის ინტერვალი და FR4 დიელექტრიკული მასალები, როგორც წესი, საკმარისია მაღალი დონის ჰარმონიის შესასრულებლად და გარდამავალი სიგნალების საკმარისად დაბალ, ანუ ე.წ. , საერთო რეჟიმში EMI შეიძლება შემცირდეს ძალიან დაბალი. ამ ნაშრომში მოცემულია PCB ფენიანი დასტის დიზაინის მაგალითი, ხოლო ფენის ინტერვალი სავარაუდოდ 3-დან 6 მილიამდეა.

ელექტრომაგნიტური ფარი

სიგნალის მარშრუტის თვალსაზრისით, ფენის კარგი სტრატეგია უნდა იყოს სიგნალის ყველა კვალის განთავსება ერთ ან მეტ შრეში, რომლებიც დენის შრის ან მიწის სიბრტყის გვერდით არიან. ელექტროენერგიის მიწოდებისთვის, კარგი განლაგების სტრატეგია უნდა იყოს ის, რომ დენის ფენა მიწისქვეშა თვითმფრინავის მახლობლად მდებარეობს, ხოლო დენის ფენასა და მიწის სიბრტყეს შორის მანძილი მაქსიმალური უნდა იყოს, რაც ეს არის ის, რასაც ჩვენ ”ფენის” სტრატეგიას ვუწოდებთ.

PCB დასტის

რა სახის დაწყობის სტრატეგიას შეუძლია EMI- ს დაცვა და აღკვეთა? შემდეგი ფენიანი დასტის სქემა ვარაუდობს, რომ ელექტრომომარაგების დენი მიედინება ერთ ფენაზე და რომ ერთი ძაბვა ან მრავალჯერადი ძაბვა განაწილებულია იმავე ფენის სხვადასხვა ნაწილში. ელექტროენერგიის მრავალი შრის შემთხვევა მოგვიანებით განიხილება.

4 – იანი ფირფიტა

4 პოლის ლამინატის დიზაინში გარკვეული პოტენციური პრობლემებია. უპირველეს ყოვლისა, მაშინაც კი, თუ სიგნალის ფენა გარე ფენაშია და ძალა და გრუნტის სიბრტყე შიდა ფენაშია, დენის ფენასა და მიწის სიბრტყეს შორის მანძილი მაინც ძალიან დიდია.

თუ დანახარჯის მოთხოვნა პირველია, შეიძლება განხილულ იქნას ტრადიციული 4 ფენიანი დაფის შემდეგი ორი ალტერნატივა. ორივე მათგანს შეუძლია გააუმჯობესოს EMI ჩახშობის შესრულება, მაგრამ ისინი მხოლოდ შესაფერისია იმ შემთხვევისთვის, როდესაც დაფაზე კომპონენტების სიმკვრივე საკმარისად დაბალია და კომპონენტების გარშემო საკმარისი ადგილია (საჭირო სპილენძის საფარი მოათავსოთ ელექტროენერგიის მიწოდებისთვის).

პირველი სასურველი სქემაა. PCB- ის გარეთა ფენა ყველა ფენაა, ხოლო შუა ორი ფენა სიგნალის / დენის ფენაა. ელექტროენერგიის მიწოდება სიგნალის ფენაზე განიხილება ფართო ხაზებით, რაც დაბალია ელექტროენერგიის მიწოდებას წინაღობის გზაზე და დაბალია სიგნალის მიკროსქემის ბილიკის წინაღობა. EMI კონტროლის თვალსაზრისით, ეს არის საუკეთესო 4 ფენის PCB სტრუქტურა. მეორე სქემაში, გარე ფენა ახდენს ძალასა და მიწას, ხოლო შუა ორი ფენა ახდენს სიგნალს. ტრადიციულ 4-ფენიან დაფაზე შედარებით, ამ სქემის გაუმჯობესება უფრო მცირეა და შრისებრი წინაღობა არც ისე კარგია, როგორც ტრადიციული 4-ფენიანი დაფისა.

თუ გაყვანილობის წინაღობა უნდა გაკონტროლდეს, ზემოთ მოთავსებული სქემა ძალიან ფრთხილად უნდა მოეკიდოს ელექტროენერგიის მიწოდებასა და დამიწების სპილენძის კუნძულის გაყვანილობას. გარდა ამისა, ელექტროენერგიის მიწოდებაზე ან ფენაზე მყოფი სპილენძის კუნძული მაქსიმალურად უნდა იყოს ურთიერთდაკავშირებული, რათა უზრუნველყოს DC და დაბალი სიხშირის კავშირი.

6-ფილის ფირფიტა

თუ კომპონენტების სიმკვრივე 4 ფენის დაფაზე დიდია, 6 ფენის ფირფიტა უკეთესია. ამასთან, 6 ფენის დაფის დიზაინის ზოგიერთი დამწყობი სქემის დამცავი ეფექტი არ არის საკმარისად კარგი და არ არის შემცირებული დენის ავტობუსის გარდამავალი სიგნალი. ქვემოთ მოცემულია ორი მაგალითი.

პირველ შემთხვევაში, ელექტროენერგიის მიწოდება და მიწა მოთავსებულია შესაბამისად მეორე და მეხუთე ფენებში. სპილენძის მოპირკეთებული ელექტრომომარაგების მაღალი წინაღობის გამო, ძალიან არასასურველია EMI გამოსხივების საერთო რეჟიმის კონტროლი. თუმცა, სიგნალის წინაღობის კონტროლის თვალსაზრისით, ეს მეთოდი ძალიან სწორია.

მეორე მაგალითში, ელექტროენერგიის მიწოდება და მიწა მოთავსებულია შესაბამისად მესამე და მეოთხე ფენებში. ეს დიზაინი წყვეტს ელექტროენერგიის მიწოდების სპილენძის შეკრული წინაღობის პრობლემას. ფენის 1 და ფენის 6 ცუდი ელექტრომაგნიტური ფარის შესრულების გამო, იზრდება დიფერენციალური რეჟიმი EMI. თუ ორ გარე ფენაზე სიგნალის ხაზების რაოდენობა ყველაზე ნაკლებია და ხაზების სიგრძე ძალიან მოკლეა (სიგნალის ყველაზე მაღალი ჰარმონიული ტალღის სიგრძის 1/20-ზე ნაკლები), დიზაინს შეუძლია გადაჭრას დიფერენციალური რეჟიმში EMI. შედეგები აჩვენებს, რომ დიფერენციალური რეჟიმის ჩახშობა EMI განსაკუთრებით კარგია, როდესაც გარეთა ფენა ივსება სპილენძით, ხოლო სპილენძის შეკერილი არეალი დასაბუთებულია (ყოველ 1/20 ტალღის სიგრძის ინტერვალით). როგორც ზემოთ აღინიშნა, სპილენძი უნდა ჩაყაროს


გამოგზავნის დრო: ივლის-29-2020