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Il ruolo dell'impilamento stratificato di schede PCB nel controllo delle radiazioni EMI
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Il ruolo dell'impilamento stratificato di schede PCB nel controllo delle radiazioni EMI

Il ruolo dell'impilamento stratificato di schede PCB nel controllo delle radiazioni EMI

2022-01-13
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Author:pcb

Questo articolo parte dal layout di base della scheda PCB ut e discute il ruolo e la destecnica signs di levelloed PCB board stacking nel controllo della radiazione EMI. Ci sono molti modi per risolvere il problema EMI. Le soppressioni IME moderne includono: l'uso dell'IME suppressionRivemponto ionicos, la selezione delle parti di soppressione EMI appropriate e la simulazione IME design.

Scheda PCB

1. Power busbarrarara
Reasonable placement of capacitors con capacità appropriata vicino al perno di alimentaziones del IC può rendere il salto di tensione di uscita IC più veloce. Comeever, il problema does not end there. A causa della frequenza finita respnse del condensatores, questo impedisce loro di generare l'armonica potenza L'IC esce su tutta la banda di frequenza. Inoltre, il tensionamento ients sviluppato sulle power busbar creerà una caduta di tensione attraverso l'induzione del percorso di disattivamento, e queste tensioni transitorie sono i principali sorgenti di interferenza EMI common-mode. Come sdovremo risolvere questi problemi? Nel caso di un IC sulla nostra scheda, il piano di potenza intorno al IC può essere pensato a uns un buon condensatore ad alta frequenza che raccoglie l'energia fuoriuscita dai cretes discondensatori che forniscono energia ad alta frequenza per un'uscita pulita. Inoltre, l'induttanza di uno slivello superiore di buona potenza dovrebbe essere teatro commerciale, in modo che il segnale transitorio sintetizzato dall'induttanza sia anche teatro commerciale, riducendo così la modalità comune EMI. Naturalmente, il collegamento dall'alimentazione layer al pin di alimentazione IC deve essere il più breve possibile, perché il rischio bordo del segnale digitale è ottenuto sempre più velocemente, ed è direttamente collegato al pad dove l'alimentazione pin è situata, di cui si discuterà separatamente. Come controllare l'IME in modalità comune, il piano di potenza deve essere una coppia di piani di potenza ragionevolmente ben desFirmato facilita il disappamento e sufficientemente bassa induttanza. Uno potrebesk, quanto bene ios it? Laswero alle quesla dipendenze sulla stratificazione dell'alimentazione elettrica, i materiali tra il livello, e la frequenza operativa (cioè, una funzione del tempo di salita dell'IC) Us1, lo sritmo del livello di potenza è 6mil, e l'intercalare è materiale FR4, la capacità equivalente per quadrato pollice dello strato di potenza è di circa 75pF. Ovvio, più piccolo è lo strato sritmo, maggiore è la capacità. Non ci sono molti dispositivi con tempi di salita da 100 a 300ps, ma al ritmo attuale di sviluppo del IC, ci sarà un'alta percentuale di dispositivi con tempi di salita nell'intervallo da 100 a 300ps. Per circuiti con tempi di salita da 100 a 300ps, la spaziatura degli strati da 3 ml non sarà più sadatto per la maggior parte delle applicazioni. In quel momento è stato necessario ustecnica di stratificazioni con uno strato sritmo di meno di 1 mil e sostituire il materiale dielettrico FR4 con un materiale con una costante dielettrica molto elevata. Ora le ceramiche e le ceramiche possono incontrare il design requiros da 100 a 300ps innalzano il circuito temporales. Sebbene nuovi materiali e metodi possano essere adottati in futuro, per l'odierno comune da 1 a 3ns rise circuito temporales, da 3 a 6mil layer smateriale dielettrico FR4s, è us1 sufficiente per gestire armoniche di fascia alta e mantenere transienti Abbastanza basso per essere That said, L'IME in modalità comune può essere molto basso. L'esempio di progettazione dello stack stratificato della scheda PCB fornito in questo articolo assumerà un layer sritmo da 3 a 6 milionis.

2. Schermatura Elettromagnetica

Dallo spunto di vista del routing ignal, una buona strategia di stratificazione dovrebbe essere quella di posizionare tutte le straccia ignales su uno o sstrato everals accanto a piani di potenza o terra. Per potere, una buona strategia di stratificazione dovrebbe essere che il livello di potenza è adiacente allo strato del suo, e distanza tra lo strato di potenza e lo strato di terra è il più possibile scenario commerciale, che è quella che chiamiamo strategia di "stratificazione".


3. Bordo a 4 strati

Ci sono diversi problemi potenziali con il design della scheda a 4 strati. Prima di tutto, per una tavola tradizionale a quattro strati con uno spessore di 62 mil, anche se lo strato ignale è sullo strato esterno e gli strati di potenza e terra sono sullo strato interno, la distanza tra lo strato di potenza e lo strato di terra è ancora troppo grande. Se sono presenti requisiti di costo, considerare le seguenti due alternative alle tradizionali schede a 4 strati. Entrambe le soluzioni possono migliorare le prestazioni di soppressione EMI, ma solo quando la densità del componente è abbastanza bassa e c'è abbastanza area intorno ai componenti (per posizionare lo strato di rame richiesto dell'alimentazione elettrica). Lo strato esterno del PCB sono strati di terra, e i due strati medi sono strati segnale/potenza. L'alimentazione sullo strato di segnale è instradata con ampie tracce, che fanno sì che l'impedenza del percorso della corrente di alimentazione sia bassa, e l'impedenza del segnale microstrip path è anche bassa. Da una prospettiva di controllo EMI, si tratta di un PCB esistente a 4 strati. Nel secondo schema, lo strato esterno prende la potenza e terra, e due strati centrali prendono il segnale. Rispetto alla tradizionale scheda a 4 strati, il miglioramento delle scheme è più piccolo, e l'impedenza intercalare è scarsa quanto la tradizionale scheda a 4 strati. Per controllare l'impedenza di traccia, gli schemi di impilamento sopra richiedono un percorso molto attento delle tracce sotto le isole di potenza e di terra frame. Inoltre, le isole di rame su piani di potenza o di terra dovrebbero essere interconnesse il più strettamente possibile per garantire la connettività DC e bassa frequenza.


4. Scheda a 6 strati

Se la densità dei componenti su una scheda a 4 strati è relativamente alta, viene utilizzata una scheda a 6 strati. Tuttavia, alcuni schemi di impilamento nel design della scheda a 6 strati non sono abbastanza buoni per proteggere il campo elettromagnetico e hanno poco effetto sulla riduzione del segnale transitorio della barra di alimentazione. Di seguito vengono discussi due esempi. Per esempio, il power sla superficie e il terreno sono posti rispettivamente sul secondo e quinto strato. A causa dell'elevata impedenza della potenza alimentare rivestimento in rame, è molto sfavorevole controllare la modalità comune di radiazione EMI. Tuttavia, dal punto di vista del controllo dell'impedenza del segnale, questo metodo è abbastanza corretto. Il secondo esempio pone potenza e terra rispettivamente sul 3° e 4° strato. Questo design risolve il problema dell'impedenza del rivestimento di rame dell'alimentazione elettrica. A causa delle scarse prestazioni di schermatura elettromagnetica del 1 ° e 6 ° strato, la modalità differenziale EMI aumenta. Se il numero di slinea ignales sui due strati esterni è basso e la lunghezza di traccia è breve (spiù di 1/20 la lunghezza d'onda del segnale armonico), questo disegno può risolvere il problema EMI in modalità differenziale. La soppressione del modo differenziale EMI è particolarmente buona riempiendo le aree non-componente e non-traccia sullo strato esterno con rame e mettendo a terra l'area del rame (ogni lunghezza d'onda 1/20 è intervallo). Come menzionato in precedenza, l'area di rame sdovrebbe essere collegata al piano di terra interno in più punti. La scheda generale ad alte prestazioni a 6 strati di design generalmente organizza il 1° e il 6° strato come strati di terra, e il 3° e 4° strato prendono potere e terra. La soppressione EMI è eccellente grazie a due micro centrati dualstrip sLivello di linea ignales tra i piani di potenza e terra. Lo svantaggio di questo disegno è che ci sono solo due strati di tracce. Come accennato in precedenza, lo stesso stackup può essere ottenuto con una tradizionale scheda a 6 strati se le tracce dello strato esterno sono corte e il rame è posizionato nell'area senza traccia. Un altro layout della scheda a 6 strati è segnale, terra, segnale, potenza, terra, segnale, che consente l'ambiente richiesto per i progetti di integrità del segnale. Lo strato di segnale è adiacente al piano di terra, e i piani di potenza e terra sono accoppiati. Ovviamente, il ribasso è lo squilibrio sincollaggio dello stratos. Questo usa problemi nella produzione. La soluzione al problema è riempire tutte le aree vuote del terzo strato con rame. Se la tana di ramesity del terzo strato è vicino allo strato di potenza o allo strato di terra dopo il riempimento di rame, questa scheda può essere contata liberamente come un circuito stampato strutturalmente bilanciato. L'area di riempimento in rame deve essere collegata all'alimentazione o alla messa a terra. La distanza tra i vias di collegamento è sfino una lunghezza d'onda 1/20, non necessaria ovunque, ma idealmente dovrebbe essere collegata.


5. Scheda a 10 strati

Poiché gli strati di ulazioni tra le schede multistrato sono molto sottili, l'impedenza tra strati di una scheda a 10 o 12 strati è molto basso, e si può prevedere un'eccellente integrità del segnale fintanto che non ci sono problemi con delaminazione e stacking. È più difficile produrre schede a 12 strati con uno spessore di 62 mil e non ci sono molti produttori che possono elaborare schede a 12 strati. Da quando ho sempre uno strato isolante tra lo strato del segnale e lo strato del loop, la soluzione di allocare i 6 strati medi per instradare la slinea ignales nel disegno della scheda a 10 strati non lo è. Inoltre, è importante avere lo strato del segnale adiacente allo strato del loop, cioè il layout della scheda è segnale, terra, segnale, segnale, potenza, terra, segnale, segnale, terra, segnale, segnale, terra, segnale. Questo disegno fornisce un buon percorso per lo scorrente ignale es loop corrente. Una corretta strategia di routing è per instradare l'abetest livello lungo la direzione X, il terzo strato lungo la direzione Y, il quarto strato lungo la direzione X, e così via. Guardando la traccia intuitivamente, i layer 1 e 3 sono una coppia di combinazioni stratificate, i layer 4 e 7 sono una coppia di combinazioni stratificate, e i layer 8 e 10 sono una coppia di combinazioni stratificate. Quando è necessario cambiare la direzione delle tracce, le linee di segnale sul primo strato dovrebbero essere "tramite fori" al terzo strato e quindi cambiare la direzione. In pratica, potrebbe non essere sempre possibile farlo, ma come concetto di design cerca di aderirvi. Allo stesso modo, quando la direzione di instradamento del segnale è cambiata, dovrebbe essere via vias da livellos 8 e 10 o da layer 4 a layer 7. Questo percorso assicura un accoppiamento stretto tra il percorso in avanti e il percorso di ritorno del segnale. Ad esempio, se il segnale è instradato sullo strato 1 e il loop è instradato sullo strato 2 e solo sullo strato 2, anche se il segnale sullo strato 1 passa allo strato 3 attraverso una "via", il loop è ancora sullo strato 2, mantenendo così bassa induttanza, elevata capacità e buone prestazioni di schermatura elettromagnetica. E se il cablaggio vero e proprio non fosse così? Ad esempio, la linea del segnale sul primo strato va attraverso il foro via al decimo strato. In questo momento, il segnale loop deve trovare il piano di terra dal nono strato, e la corrente loop deve trovare il più vicino foro via terra (sas i pin di terra di componenti come resistenze o condensatori). Se vi capita di avere una via simile nelle vicinanze, Sei davvero fortunato. Se non ci sono vie così vicine disponibili, l'induttanza aumenterà, la capacità diminuirà e l'EMI aumenterà sicuramente. Quando la linea di segnale deve lasciare l'attuale coppia di filis ad altri strati di cablaggio attraverso vias, vias di terra dovrebbero essere collocati vicino ai vias, in modo che il segnale loop possa tranquillamente tornare allo strato di messa a terra appropriato. Per la combinazione di strati 4 e strati 7, il loop del segnale tornerà dallo strato di potenza o dallo strato di terra (cioè strato 5 o strato 6), perché l'accoppiamento capacitivo tra lo strato di potenza e lo strato di terra è buono, il segnale è easyda y a trasmettere.

6. Progettazione di più livelli di potenza

Se i due piani di potenza della stessa tensione sla necessità di produrre una grande corrente, il circuito dovrebbe essere disposto in due insiemi di piani di potenza e piani di terra. In questo caso, gli strati isolanti sono collocati tra ogni coppia di potenza e piano di terras. In questo modo, otteniamo le due coppie di barre del bus di potenza con impedenza uguale che ci aspettiamo di dividere la corrente equamente. Se l'impilamento dei piani di potenza crea impedenze disuguali, lo shunting non sarà uniforme, la tensione transitoria sarà molto più grande e EMI aumenterà drammaticamente. Se ci sono più tensioni di alimentazione con valore diversos sulla scheda, quindi sono necessari più piani di potenza, tenere a mente di creare il proprio piano di potenza e terra accoppiatos per i diversi alimentatori. In entrambi i casi di cui sopra, tenere presente i requisiti del produttore per una struttura bilanciata per determinare il posizionamento della potenza di alloggio e del piano di terra sulla tavola.

7. Sintesi

Dato che la maggior parte degli ingegneri desegna le schede come tradizionali circuiti stampati con uno spessore di 62 mil e senza vie cieche o sepolte, questa discussione di stratificazione e impilamento è limitata a ciò. Per tavole con spessori troppo diversi, lo schema di stratificazione raccomandato in questo articolo potrebbe non essere ideale. Inoltre, i circuiti stampati con cieco o separato vias sono processin modo diverso, e l'approccio stratificato in questa carta non è applicabile. Lo spessoress, via processo e il numero di strati del circuito stampato nel circuito stampato design non sono la chiave per risolvere il problema. L'eccellente stratificazione è quella di garantire il bypass e il disaccoppiamento della barra di alimentazione, in modo che la trastrazione ient sul piano di potenza o sul piano di terra non sia influenzata. La chiave per schermare i campi elettromagnetici dei segnali e potere. Idealmente, ci dovrebbe essere uno strato isolante di isolamento tra lo strato di traccia del segnale e il suo strato di terra di ritorno, e la spaziatura dello strato accoppiata (o più di una coppia) dovrebbe essere il più piccola possibile. Sulla base di questi principi e principi del basconcetto, possono essere progettati circuiti stampati che possono sempre soddisfare i requisiti di progettazione.