Comment résoudre le problème EMI dans la conception de circuits imprimés multicouches?

Savez-vous comment résoudre le problème EMI lors de la conception de circuits imprimés multicouches?

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Il existe de nombreuses façons de résoudre les problèmes EMI. Les méthodes modernes de suppression EMI comprennent: l'utilisation d'un revêtement de suppression EMI, la sélection des pièces de suppression EMI appropriées et la conception de simulation EMI. Basé sur la disposition de PCB la plus basique, cet article traite de la fonction de l'empilement de PCB dans le contrôle du rayonnement EMI et des compétences en conception de PCB.

bus d'alimentation

Le saut de tension de sortie de IC peut être accéléré en plaçant une capacité appropriée près de la broche d'alimentation de IC. Cependant, ce n'est pas la fin du problème. En raison de la réponse en fréquence limitée du condensateur, il est impossible pour le condensateur de générer la puissance harmonique nécessaire pour piloter proprement la sortie du circuit intégré dans toute la bande de fréquences. De plus, la tension transitoire formée sur le bus d'alimentation provoquera une chute de tension aux deux extrémités de l'inductance du chemin de découplage. Ces tensions transitoires sont les principales sources d'interférences EMI en mode commun. Comment pouvons-nous résoudre ces problèmes?

Dans le cas d'un circuit intégré sur notre carte de circuit imprimé, la couche de puissance autour du circuit intégré peut être considérée comme un bon condensateur haute fréquence, qui peut collecter l'énergie divulguée par le condensateur discret qui fournit une énergie haute fréquence pour une sortie propre. De plus, l'inductance d'une bonne couche de puissance est petite, de sorte que le signal transitoire synthétisé par l'inducteur est également petit, réduisant ainsi l'EMI de mode commun.

Bien entendu, la connexion entre la couche d'alimentation et la broche d'alimentation IC doit être aussi courte que possible, car le front montant du signal numérique est de plus en plus rapide. Il est préférable de le connecter directement au pad où se trouve la broche d'alimentation IC, ce qui doit être discuté séparément.

Afin de contrôler les EMI en mode commun, la couche de puissance doit être une paire bien conçue de couches de puissance pour aider à découpler et avoir une inductance suffisamment faible. Certaines personnes peuvent demander, quelle est sa qualité? La réponse dépend de la couche de puissance, du matériau entre les couches et de la fréquence de fonctionnement (c'est-à-dire une fonction du temps de montée du CI). En général, l'espacement des couches de puissance est de 6 mil et la couche intermédiaire est en matériau FR4, de sorte que la capacité équivalente par pouce carré de couche de puissance est d'environ 75 pF. Évidemment, plus l'espacement des couches est petit, plus la capacité est grande.

Il n'y a pas beaucoup d'appareils avec un temps de montée de 100 à 300ps, mais selon le taux de développement actuel de IC, les appareils avec un temps de montée dans la plage de 100 à 300ps occuperont une proportion élevée. Pour les circuits avec des temps de montée de 100 à 300 PS, l'espacement des couches de 3 mil n'est plus applicable pour la plupart des applications. À ce moment-là, il est nécessaire d'adopter la technologie de délamination avec un espacement entre les couches inférieur à 1 mil et de remplacer le matériau diélectrique FR4 par le matériau à constante diélectrique élevée. Désormais, les céramiques et les plastiques en pot peuvent répondre aux exigences de conception des circuits à temps de montée de 100 à 300 ps.

Bien que de nouveaux matériaux et méthodes puissent être utilisés à l'avenir, des circuits à temps de montée de 1 à 3 ns communs, un espacement de couche de 3 à 6 mil et des matériaux diélectriques FR4 sont généralement suffisants pour gérer les harmoniques haut de gamme et rendre les signaux transitoires suffisamment bas, c'est-à-dire , les EMI en mode commun peuvent être réduites très bas. Dans cet article, l'exemple de conception de l'empilement en couches de PCB est donné, et l'espacement des couches est supposé être de 3 à 6 mil.

blindage électromagnétique

Du point de vue du routage du signal, une bonne stratégie de superposition devrait consister à placer toutes les traces de signal dans une ou plusieurs couches, qui sont à côté de la couche de puissance ou du plan de masse. Pour l'alimentation électrique, une bonne stratégie de stratification devrait être que la couche de puissance soit adjacente au plan de sol, et la distance entre la couche de puissance et le plan de sol doit être aussi petite que possible, ce que nous appelons la stratégie de «stratification».

Pile de PCB

Quel type de stratégie d'empilement peut aider à protéger et à supprimer les EMI? Le schéma d'empilement en couches suivant suppose que le courant d'alimentation circule sur une seule couche et qu'une seule tension ou plusieurs tensions sont réparties dans différentes parties de la même couche. Le cas de plusieurs couches de puissance sera discuté plus tard.

Plaque 4 plis

Il y a quelques problèmes potentiels dans la conception des stratifiés à 4 couches. Tout d'abord, même si la couche de signal est dans la couche externe et que le plan de puissance et de masse sont dans la couche interne, la distance entre la couche de puissance et le plan de masse est encore trop grande.

Si l'exigence de coût est la première, les deux alternatives suivantes au panneau traditionnel à 4 plis peuvent être envisagées. Les deux peuvent améliorer les performances de suppression EMI, mais ils ne conviennent que dans le cas où la densité des composants sur la carte est suffisamment faible et où il y a suffisamment d'espace autour des composants (pour placer le revêtement de cuivre requis pour l'alimentation).

Le premier est le schéma préféré. Les couches externes du PCB sont toutes des couches, et les deux couches du milieu sont des couches de signal / puissance. L'alimentation sur la couche de signal est acheminée avec de larges lignes, ce qui rend l'impédance de chemin du courant d'alimentation faible et l'impédance du chemin de microruban de signal faible. Du point de vue du contrôle EMI, il s'agit de la meilleure structure de PCB à 4 couches disponible. Dans le deuxième schéma, la couche externe transporte la puissance et la masse, et les deux couches du milieu transportent le signal. Par rapport à la carte traditionnelle à 4 couches, l'amélioration de ce schéma est plus petite et l'impédance intercouche n'est pas aussi bonne que celle de la carte à 4 couches traditionnelle.

Si l'impédance du câblage doit être contrôlée, le schéma d'empilement ci-dessus doit être très prudent pour placer le câblage sous l'îlot en cuivre de l'alimentation électrique et de la mise à la terre. De plus, l'îlot cuivre sur alimentation ou strate doit être interconnecté autant que possible pour assurer la connectivité entre DC et basse fréquence.

Assiette 6 plis

Si la densité des composants sur la carte à 4 couches est élevée, la plaque à 6 couches est meilleure. Cependant, l'effet de blindage de certains schémas d'empilage dans la conception d'une carte à 6 couches n'est pas assez bon, et le signal transitoire du bus d'alimentation n'est pas réduit. Deux exemples sont présentés ci-dessous.

Dans le premier cas, l'alimentation et la masse sont placées respectivement dans les deuxième et cinquième couches. En raison de la haute impédance de l'alimentation en cuivre, il est très défavorable de contrôler le rayonnement EMI en mode commun. Cependant, du point de vue du contrôle de l'impédance du signal, cette méthode est très correcte.

Dans le deuxième exemple, l'alimentation et la masse sont placées respectivement dans les troisième et quatrième couches. Cette conception résout le problème de l'impédance gainée de cuivre de l'alimentation. En raison des mauvaises performances de blindage électromagnétique des couches 1 et 6, l'EMI en mode différentiel augmente. Si le nombre de lignes de signal sur les deux couches externes est le plus petit et la longueur des lignes est très courte (moins de 1/20 de la longueur d'onde harmonique la plus élevée du signal), la conception peut résoudre le problème de l'EMI en mode différentiel. Les résultats montrent que la suppression de l'EMI en mode différentiel est particulièrement bonne lorsque la couche externe est remplie de cuivre et que la zone gainée de cuivre est mise à la terre (tous les intervalles de longueur d'onde de 1/20). Comme mentionné ci-dessus, le cuivre doit être posé


Heure du Message: 29 juil.2020