როგორ მოვაგვაროთ EMI პრობლემა მრავალშრიანი PCB დიზაინში?

იცით, თუ როგორ უნდა მოაგვაროთ EMI პრობლემა მრავალ ფენის PCB დიზაინის დროს?

ნება მომეცით გითხრათ!

EMI პრობლემების გადაჭრის მრავალი გზა არსებობს.EMI ჩახშობის თანამედროვე მეთოდები მოიცავს: EMI ჩახშობის საფარის გამოყენებას, შესაბამისი EMI ჩახშობის ნაწილების შერჩევას და EMI სიმულაციის დიზაინს.PCB-ის ყველაზე საბაზისო განლაგებიდან გამომდინარე, ეს ნაშრომი განიხილავს PCB დასტას ფუნქციას EMI გამოსხივების კონტროლისა და PCB დიზაინის უნარ-ჩვევებში.

დენის ავტობუსი

IC-ის გამომავალი ძაბვის ნახტომი შეიძლება დაჩქარდეს IC-ის დენის პინთან შესაბამისი ტევადობის განთავსებით.თუმცა, ეს არ არის პრობლემის დასასრული.კონდენსატორის შეზღუდული სიხშირის პასუხის გამო, შეუძლებელია კონდენსატორმა გამოიმუშაოს ჰარმონიული სიმძლავრე, რომელიც საჭიროა IC გამომავალი სისუფთავის სრულ სიხშირის დიაპაზონში.გარდა ამისა, გარდამავალი ძაბვა, რომელიც წარმოიქმნება დენის ავტობუსზე, გამოიწვევს ძაბვის ვარდნას გამოყოფის ბილიკის ინდუქციურობის ორივე ბოლოში.ეს გარდამავალი ძაბვები არის ძირითადი საერთო რეჟიმი EMI ჩარევის წყაროები.როგორ მოვაგვაროთ ეს პრობლემები?

ჩვენს მიკროსქემის დაფაზე IC-ის შემთხვევაში, IC-ის ირგვლივ ელექტრული ფენა შეიძლება ჩაითვალოს კარგ მაღალი სიხშირის კონდენსატორად, რომელსაც შეუძლია შეაგროვოს დისკრეტული კონდენსატორისგან გაჟონილი ენერგია, რომელიც უზრუნველყოფს მაღალი სიხშირის ენერგიას სუფთა გამომუშავებისთვის.გარდა ამისა, კარგი სიმძლავრის შრის ინდუქციურობა მცირეა, ამიტომ ინდუქტორის მიერ სინთეზირებული გარდამავალი სიგნალიც მცირეა, რაც ამცირებს საერთო რეჟიმის EMI-ს.

რა თქმა უნდა, კავშირი ელექტრომომარაგების ფენასა და IC კვების ბლოკს შორის უნდა იყოს რაც შეიძლება მოკლე, რადგან ციფრული სიგნალის ამომავალი კიდე უფრო და უფრო სწრაფია.ჯობია პირდაპირ ბალიშზე დააკავშიროთ, სადაც IC დენის პინი მდებარეობს, რაზეც ცალკე განხილვაა საჭირო.

საერთო რეჟიმის EMI გასაკონტროლებლად, დენის შრე უნდა იყოს კარგად შემუშავებული დენის ფენების წყვილი, რათა დაეხმაროს გაყოფას და ჰქონდეს საკმარისად დაბალი ინდუქციურობა.ზოგიერთმა შეიძლება იკითხოს, რამდენად კარგია ეს?პასუხი დამოკიდებულია სიმძლავრის შრეზე, ფენებს შორის არსებულ მასალაზე და მუშაობის სიხშირეზე (ანუ IC აწევის დროის ფუნქციაზე).ზოგადად, ენერგეტიკული ფენების მანძილი არის 6 მილი, ხოლო ფენა არის FR4 მასალა, ამიტომ ეკვივალენტური ტევადობა დენის ფენის კვადრატულ ინჩზე არის დაახლოებით 75 pF.ცხადია, რაც უფრო მცირეა ფენების მანძილი, მით უფრო დიდია ტევადობა.

არ არის ბევრი მოწყობილობა აწევის დროით 100-300 ps, ​​მაგრამ IC-ის განვითარების ამჟამინდელი სიჩქარის მიხედვით, მოწყობილობები, რომელთა აწევის დრო დიაპაზონშია 100-300 ps იკავებენ დიდ პროპორციას.სქემებისთვის 100-დან 300 PS-მდე აწევის დროით, 3 მილი ფენების დაშორება აღარ გამოიყენება უმეტეს აპლიკაციებში.ამ დროს, აუცილებელია დალაგების ტექნოლოგიის მიღება ფენების შორის მანძილით 1 მილზე ნაკლები და FR4 დიელექტრიკული მასალის ჩანაცვლება მაღალი დიელექტრიკული მუდმივის მქონე მასალით.ახლა კერამიკასა და ქოთნის პლასტმასს შეუძლია დააკმაყოფილოს 100-დან 300 ps-მდე აწევის დროის სქემების დიზაინის მოთხოვნები.

მიუხედავად იმისა, რომ მომავალში შეიძლება გამოყენებულ იქნას ახალი მასალები და მეთოდები, ჩვეულებრივი 1-დან 3 ns-მდე აწევის დროის სქემები, 3-დან 6 მილ-მდე ფენების მანძილი და FR4 დიელექტრიკული მასალები, როგორც წესი, საკმარისია მაღალი დონის ჰარმონიკების დასამუშავებლად და გარდამავალი სიგნალების საკმარისად დაბალი დასაშვებად. , საერთო რეჟიმი EMI შეიძლება შემცირდეს ძალიან დაბალი.ამ ნაშრომში მოცემულია PCB ფენიანი დაწყობის დიზაინის მაგალითი და ფენის მანძილი ვარაუდებულია 3-დან 6 მილამდე.

ელექტრომაგნიტური დამცავი

სიგნალის მარშრუტის თვალსაზრისით, კარგი ფენის სტრატეგია უნდა იყოს ყველა სიგნალის კვალის განთავსება ერთ ან მეტ ფენაში, რომლებიც მდებარეობენ დენის ფენის ან მიწის სიბრტყის გვერდით.ელექტრომომარაგებისთვის კარგი ფენების სტრატეგია უნდა იყოს ის, რომ ენერგეტიკული ფენა მიმდებარედ იყოს მიწის სიბრტყესთან და მანძილი დენის ფენასა და მიწის სიბრტყეს შორის უნდა იყოს რაც შეიძლება მცირე, რასაც ჩვენ ვუწოდებთ „ფენის“ სტრატეგიას.

PCB დასტა

რა სახის დაწყობის სტრატეგიას შეუძლია დაეხმაროს EMI-ს დაცვას და დათრგუნვას?შემდეგი ფენიანი დაწყობის სქემა ვარაუდობს, რომ ელექტრომომარაგების დენი მიედინება ერთ ფენაზე და რომ ერთი ძაბვა ან მრავალჯერადი ძაბვა ნაწილდება იმავე ფენის სხვადასხვა ნაწილში.რამდენიმე დენის ფენის შემთხვევა მოგვიანებით იქნება განხილული.

4-ფენიანი ფირფიტა

არსებობს გარკვეული პოტენციური პრობლემები 4-ფენიანი ლამინატების დიზაინში.უპირველეს ყოვლისა, მაშინაც კი, თუ სიგნალის ფენა გარე შრეშია, ხოლო სიმძლავრე და გრუნტის სიბრტყე შიდა ფენაშია, ძალაუფლების ფენასა და მიწის სიბრტყეს შორის მანძილი მაინც ძალიან დიდია.

თუ ღირებულების მოთხოვნა პირველია, შეიძლება განიხილებოდეს შემდეგი ორი ალტერნატივა ტრადიციული 4-ფენიანი დაფის მიმართ.ორივე მათგანს შეუძლია გააუმჯობესოს EMI ჩახშობის მოქმედება, მაგრამ ისინი შესაფერისია მხოლოდ იმ შემთხვევისთვის, როდესაც დაფაზე კომპონენტების სიმკვრივე საკმარისად დაბალია და კომპონენტების გარშემო არის საკმარისი ფართობი (ელექტრომომარაგებისთვის საჭირო სპილენძის საფარის დასაყენებლად).

პირველი არის სასურველი სქემა.PCB-ის გარე ფენები არის ყველა ფენა, ხოლო შუა ორი ფენა არის სიგნალის / დენის ფენები.სიგნალის შრეზე ელექტრომომარაგება გადის ფართო ხაზებით, რაც ხდის ელექტრომომარაგების დენის ბილიკის წინაღობას დაბალ სიგნალის მიკროზოლის ბილიკის წინაღობას.EMI კონტროლის პერსპექტივიდან, ეს არის საუკეთესო 4-ფენიანი PCB სტრუქტურა.მეორე სქემაში, გარე ფენა ატარებს ძალას და მიწას, ხოლო შუა ორი ფენა ატარებს სიგნალს.ტრადიციულ 4-ფენიან დაფთან შედარებით, ამ სქემის გაუმჯობესება უფრო მცირეა, ხოლო ფენების წინაღობა არ არის ისეთი კარგი, როგორც ტრადიციული 4-ფენიანი დაფის.

თუ გაყვანილობის წინაღობა უნდა კონტროლდებოდეს, ზემოაღნიშნული დაწყობის სქემა უნდა იყოს ძალიან ფრთხილად, რათა გაყვანილობა მოაწყოს ელექტრომომარაგებისა და დამიწების სპილენძის კუნძულის ქვეშ.გარდა ამისა, სპილენძის კუნძული ელექტრომომარაგებაზე ან ფენაზე უნდა იყოს ერთმანეთთან დაკავშირებული მაქსიმალურად, რათა უზრუნველყოს კავშირი DC-სა და დაბალ სიხშირეს შორის.

6-ფენიანი ფირფიტა

თუ 4 ფენის დაფაზე კომპონენტების სიმკვრივე დიდია, უკეთესია 6 ფენიანი ფირფიტა.თუმცა, ზოგიერთი დაწყობის სქემის დამცავი ეფექტი 6 ფენიანი დაფის დიზაინში არ არის საკმარისად კარგი და ელექტროგადამცემი ავტობუსის გარდამავალი სიგნალი არ მცირდება.ორი მაგალითი განიხილება ქვემოთ.

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

მეორე მაგალითში ელექტრომომარაგება და გრუნტი მოთავსებულია შესაბამისად მესამე და მეოთხე ფენებში.ეს დიზაინი წყვეტს ელექტრომომარაგების სპილენძის მოპირკეთებული წინაღობის პრობლემას.1-ლი და მე-6 ფენის ელექტრომაგნიტური დაცვის ცუდი შესრულების გამო, დიფერენციალური რეჟიმი EMI იზრდება.თუ ორ გარე შრეზე სიგნალის ხაზების რაოდენობა ყველაზე მცირეა და ხაზების სიგრძე ძალიან მოკლეა (სიგნალის უმაღლესი ჰარმონიული ტალღის სიგრძის 1/20-ზე ნაკლები), დიზაინს შეუძლია გადაჭრას დიფერენციალური რეჟიმის EMI პრობლემა.შედეგები აჩვენებს, რომ დიფერენციალური რეჟიმის EMI ჩახშობა განსაკუთრებით კარგია, როდესაც გარე ფენა ივსება სპილენძით და სპილენძის მოპირკეთებული არე დამიწებულია (ტალღის სიგრძის ყოველი 1/20 ინტერვალი).როგორც ზემოთ აღინიშნა, სპილენძი უნდა დაიგოს