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PCBブログ - EMI放射制御におけるPCB板の積層の役割

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PCBブログ - EMI放射制御におけるPCB板の積層の役割

EMI放射制御におけるPCB板の積層の役割

2022-01-13
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Author:pcb

本文は基本的なPCB板の配置から着手して、EMI放射線を制御する中で層状PCB板の積層の作用と設計技術を討論した。EMI問題を解決する方法はたくさんあります。現代EMI抑制

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1.電源バスバーは集積回路の電源ピンの近くに適切な容量のコンデンサを合理的に配置し、集積回路の出力電圧ジャンプの変更を速くすることができる。しかし、問題はこれで終わらなかった。コンデンサの周波数応答は限られているため、全周波数帯域でクリーン駆動IC出力に必要な高調波電力が発生するのを防ぐことができます。さらに、電源母線上に発生する過渡電圧は、共通モードEMI干渉の主な源であるデカップリング経路のインダクタンス上に電圧降下を発生する。私たちはどのようにこれらの問題を解決すべきですか。我が基板上のICの場合、IC周辺の電源平面は、クリーン出力に高周波エネルギーを提供する離散コンデンサ漏れのエネルギーを収集することができる優れた高周波コンデンサと考えることができる。また、良好な電源層のインダクタンスは小さくなければならず、インダクタンスによって合成された過渡信号も小さくなり、コモンモードEMIが低下する。もちろん、電源層からIC電源ピンへの接続は、デジタル信号の立ち上がりが速くなり、IC電源ピンがあるパッドに直接接続されるため、できるだけ短くしなければなりません。これは単独で検討します。コモンモードEMIを制御するためには、電力平面は、デカップリングを容易にし、十分に低いインダクタンスを持つように設計された合理的な電力平面でなければならない。どれだけいいのかと聞かれるかもしれません。この問題の答えは、電源の階層、階層間の材料、動作周波数(すなわちIC立ち上がり時間の関数)に依存します。一般に、電力層の間隔は6 milであり、中間層はFR 4材料であり、電力層の1平方インチ当たりの等価容量は約75 pFである。明らかに、層間隔が小さいほど、容量が大きくなる。上昇時間が100〜300 psのデバイスは多くないが、現在のICの発展速度では、上昇時間が100〜300 psの範囲内のデバイスが大きな割合を占めることになる。立上り時間が100〜300 psの回路では、3 mil層間隔はほとんどの用途には適用されなくなります。その際、層間隔が1ミル未満の積層技術を用い、FR 4誘電材料の代わりに非常に高い誘電率を有する材料を用いる必要があった。現在、セラミックスとセラミックスは100 ~ 300 psの立ち上がり時間回路の設計要件を満たすことができる。将来的には新しい材料と方法が採用されるかもしれないが、今日一般的に見られる1 ~ 3 ns立ち上がり時間回路、3 ~ 6 mil層ピッチ、FR 4誘電体材料では、通常、ハイエンド高調波を処理し、十分に低い過渡状態を維持するのに十分である。つまり、コモンモードEMIは非常に低くてもよい。本明細書で提供するPCB基板積層設計例は、層間隔が3〜6ミルであると仮定する。電磁遮蔽は信号経路の観点から見ると、1つの良い階層戦略はすべての信号トレースを電源または接地面のそばの1つまたは複数の階層上に置くことであるべきである。電力については、電力層と地上層が隣接しており、電力層と地上層の間の距離ができるだけ小さいことが、「階層」戦略と呼ばれています。4層板4層板の設計にはいくつかの潜在的な問題がある。まず、厚さ62ミルの従来の4層板については、信号層が外層にあっても、電源層と接地層が内層にあっても、電源層と接地層の間の距離が大きすぎる。コスト要件が適切であれば、次の2つの従来の4層板の代替案を考えることができる。どちらのソリューションもEMI抑制性能を向上させることができますが、基板上のコンポーネントの密度が十分に低く、コンポーネントの周囲に必要な電源銅層を配置するのに十分な面積があることを前提としています。PCBの外層は接地層であり、中間の2層は信号/電源層である。信号層上の電源はワイドトレース配線を採用しており、これにより電源電流の経路インピーダンスが低くなり、信号マイクロストリップ経路のインピーダンスも低くなる。EMI制御の観点から見ると、これは既存の4層PCBボード構造である。第2の態様では、外層は電気と接地を取り、中間の2層は信号を取る。従来の4層板に比べて、この方式の改善は小さく、層間インピーダンスは従来の4層板と同じように劣っている。トレースインピーダンスを制御するには、上記のスタック方式は、電源と接地銅島の下でトレースを非常に注意深く配線する必要があります。さらに、電源または接地面の銅アイランドは、直流と低周波の接続を確実にするためにできるだけ緊密に相互接続されている必要があります。6層板4層板のアセンブリ密度が比較的高い場合は、6層板を使用します。しかし、6層基板設計のいくつかの積層スキームは電磁場を遮蔽するのに不足しており、電源母線の過渡信号を低減するのにあまり影響しない。次は2つの例について説明します。たとえば、電源装置はレイヤ2とレイヤ5にそれぞれ配置されています。電源銅クラッドの高インピーダンスのため、コモンモードEMI放射を制御することは非常に不利である。しかし、信号のインピーダンス制御の観点からは、この方法は非常に正しい。第2の例では、電源と接地をそれぞれ第3層と第4層に配置します。この設計は電源銅クラッドインピーダンスの問題を解決した。第1層と第6層の電磁遮蔽性能が劣るため、差動モードEMIが増加する。2つの外層上の信号線の数が低く、トレース長が短い場合(s