Ինչպե՞ս լուծել EMI խնդիրը բազմաշերտ PCB դիզայնում:

Գիտե՞ք, թե ինչպես լուծել EMI խնդիրը բազմաշերտ PCB նախագծման ժամանակ:

Թույլ տվեք պատմել ձեզ!

EMI-ի խնդիրները լուծելու բազմաթիվ եղանակներ կան:EMI ճնշելու ժամանակակից մեթոդները ներառում են. EMI ճնշող ծածկույթի օգտագործումը, համապատասխան EMI ճնշող մասերի ընտրությունը և EMI մոդելավորման դիզայնը:Հիմնվելով PCB-ի ամենահիմնական դասավորության վրա՝ այս փաստաթուղթը քննարկում է PCB-ի կույտի գործառույթը EMI ճառագայթման և PCB նախագծման հմտությունները վերահսկելու գործում:

էլեկտրական ավտոբուս

IC-ի ելքային լարման ցատկումը կարող է արագացվել՝ տեղադրելով համապատասխան հզորություն IC-ի հոսանքի քորոցի մոտ:Սակայն սրանով խնդիրը չի ավարտվում։Կոնդենսատորի հաճախականության սահմանափակ արձագանքի պատճառով կոնդենսատորի համար անհնար է ստեղծել ներդաշնակ հզորություն, որն անհրաժեշտ է IC ելքը մաքուր ամբողջ հաճախականության գոտում վարելու համար:Բացի այդ, հոսանքի ավտոբուսի վրա ձևավորված անցողիկ լարումը կառաջացնի լարման անկում անջատման ուղու ինդուկտիվության երկու ծայրերում:Այս անցողիկ լարումները հիմնական ընդհանուր ռեժիմի EMI միջամտության աղբյուրներն են:Ինչպե՞ս կարող ենք լուծել այս խնդիրները:

Մեր տպատախտակի վրա IC-ի դեպքում, IC-ի շուրջ հոսանքի շերտը կարող է դիտվել որպես լավ բարձր հաճախականության կոնդենսատոր, որը կարող է հավաքել դիսկրետ կոնդենսատորի կողմից արտահոսած էներգիան, որն ապահովում է բարձր հաճախականության էներգիա մաքուր ելքի համար:Բացի այդ, լավ հզորության շերտի ինդուկտիվությունը փոքր է, ուստի ինդուկտորի կողմից սինթեզված անցողիկ ազդանշանը նույնպես փոքր է, այդպիսով նվազեցնելով ընդհանուր ռեժիմի EMI-ը:

Իհարկե, սնուցման շերտի և IC սնուցման փին կապը պետք է լինի հնարավորինս կարճ, քանի որ թվային ազդանշանի բարձրացող եզրը ավելի ու ավելի արագ է ընթանում:Ավելի լավ է այն ուղղակիորեն միացնել այն պահոցին, որտեղ գտնվում է IC հոսանքի քորոցը, որը պետք է առանձին քննարկվի:

Ընդհանուր ռեժիմի EMI-ն կառավարելու համար հոսանքի շերտը պետք է լինի լավ մշակված ուժային շերտեր, որոնք կօգնեն անջատվել և ունենա բավական ցածր ինդուկտիվություն:Ոմանք կարող են հարցնել՝ որքանո՞վ է դա լավ:Պատասխանը կախված է հզորության շերտից, շերտերի միջև եղած նյութից և գործառնական հաճախականությունից (այսինքն՝ IC բարձրացման ժամանակի ֆունկցիան):Ընդհանուր առմամբ, ուժային շերտերի հեռավորությունը 6մլ է, իսկ միջշերտը FR4 նյութ է, ուստի հզորության շերտի մեկ քառակուսի դյույմի համարժեք հզորությունը կազմում է մոտ 75pF:Ակնհայտ է, որ որքան փոքր է շերտերի տարածությունը, այնքան մեծ է հզորությունը:

100-300 վրկ բարձրացման ժամանակով շատ սարքեր չկան, սակայն, համաձայն IC-ի զարգացման ներկայիս տեմպերի, 100-300 վրկ բարձրացման ժամանակ ունեցող սարքերը մեծ մասնաբաժին կզբաղեցնեն:100-ից 300 PS բարձրացման ժամանակ ունեցող սխեմաների համար 3 ​​միլ շերտերի տարածությունն այլևս կիրառելի չէ շատ ծրագրերի համար:Այդ ժամանակ անհրաժեշտ է կիրառել շերտազատման տեխնոլոգիա՝ 1մլ-ից պակաս միջշերտային տարածությամբ և փոխարինել FR4 դիէլեկտրական նյութը բարձր դիէլեկտրական հաստատունով նյութով:Այժմ կերամիկան և կաթսայի պլաստմասսաները կարող են բավարարել 100-ից 300 վրկ բարձրացման ժամանակի սխեմաների նախագծման պահանջները:

Թեև ապագայում կարող են օգտագործվել նոր նյութեր և մեթոդներ, ընդհանուր 1-ից 3 ns բարձրացման ժամանակի սխեմաները, 3-ից 6 միլ շերտերի տարածությունը և FR4 դիէլեկտրիկ նյութերը սովորաբար բավարար են բարձրակարգ ներդաշնակությունները կարգավորելու և անցողիկ ազդանշանները բավականաչափ ցածր դարձնելու համար, այսինքն. , ընդհանուր ռեժիմի EMI-ը կարող է շատ ցածր լինել:Այս փաստաթղթում տրված է PCB շերտավոր կուտակման նախագծման օրինակը, և շերտերի տարածությունը ենթադրվում է 3-ից 6 միլիոն:

էլեկտրամագնիսական պաշտպանություն

Ազդանշանների երթուղավորման տեսանկյունից լավ շերտավորման ռազմավարություն պետք է լինի բոլոր ազդանշանների հետքերը տեղադրել մեկ կամ մի քանի շերտերում, որոնք գտնվում են ուժային շերտի կամ հողի հարթության կողքին:Էներգամատակարարման համար շերտավորման լավ ռազմավարություն պետք է լինի այն, որ հզորության շերտը կից լինի գետնի հարթությանը, և ուժային շերտի և գետնի հարթության միջև հեռավորությունը պետք է լինի հնարավորինս փոքր, ինչը մենք անվանում ենք «շերտավորման» ռազմավարություն:

PCB բուրգ

Stacking-ի ինչպիսի՞ ռազմավարություն կարող է օգնել պաշտպանել և ճնշել EMI-ն:Հետևյալ շերտավոր սխեման ենթադրում է, որ էլեկտրամատակարարման հոսանքը հոսում է մեկ շերտի վրա, և որ մեկ լարումը կամ մի քանի լարումները բաշխված են նույն շերտի տարբեր մասերում:Մի քանի հզորության շերտերի դեպքը կքննարկվի ավելի ուշ:

4-շերտ ափսե

4-շերտ լամինատների նախագծման մեջ կան որոշ հնարավոր խնդիրներ:Նախ, նույնիսկ եթե ազդանշանային շերտը գտնվում է արտաքին շերտում, իսկ հզորությունը և հողային հարթությունը՝ ներքին շերտում, ուժային շերտի և գետնի հարթության միջև հեռավորությունը դեռևս չափազանց մեծ է:

Եթե ​​ծախսերի պահանջն առաջինն է, կարելի է դիտարկել ավանդական 4 շերտանոց տախտակի հետևյալ երկու այլընտրանքները:Երկուսն էլ կարող են բարելավել EMI-ի ճնշման աշխատանքը, բայց դրանք հարմար են միայն այն դեպքում, երբ սալիկի վրա բաղադրիչների խտությունը բավականաչափ ցածր է, և բաղադրիչների շուրջ բավականաչափ տարածք կա (էլեկտրամատակարարման համար անհրաժեշտ պղնձե ծածկույթը տեղադրելու համար):

Առաջինը նախընտրելի սխեման է.PCB-ի արտաքին շերտերը բոլոր շերտերն են, իսկ միջին երկու շերտերը ազդանշանային/հոսանքի շերտեր են:Ազդանշանային շերտի վրա սնուցման աղբյուրը ուղղորդվում է լայն գծերով, ինչը ցածր է դարձնում էլեկտրամատակարարման հոսանքի ուղու դիմադրությունը և ցածր ազդանշանի միկրոշերտի ուղու դիմադրությունը:EMI հսկողության տեսանկյունից սա 4-շերտ PCB-ի հասանելի լավագույն կառուցվածքն է:Երկրորդ սխեմայում արտաքին շերտը կրում է հզորությունը և հողը, իսկ միջին երկու շերտը կրում է ազդանշանը:Համեմատած ավանդական 4-շերտ տախտակի հետ՝ այս սխեմայի բարելավումն ավելի փոքր է, և միջշերտային դիմադրությունը այնքան էլ լավ չէ, որքան ավանդական 4-շերտ տախտակինը:

Եթե ​​լարերի դիմադրությունը պետք է վերահսկվի, ապա վերը նշված շարվածքի սխեման պետք է շատ զգույշ լինի, որպեսզի լարերը անցկացնեն էլեկտրամատակարարման և հիմնավորման պղնձե կղզու տակ:Բացի այդ, էլեկտրամատակարարման կամ շերտի վրա պղնձե կղզին պետք է հնարավորինս փոխկապակցված լինի՝ DC-ի և ցածր հաճախականության միջև կապն ապահովելու համար:

6-շերտ ափսե

Եթե ​​4-շերտ տախտակի վրա բաղադրիչների խտությունը մեծ է, ապա 6-շերտ թիթեղն ավելի լավ է:Այնուամենայնիվ, 6-շերտ տախտակի նախագծման մեջ մի շարք սխեմաների պաշտպանիչ ազդեցությունը բավականաչափ լավ չէ, և ուժային ավտոբուսի անցողիկ ազդանշանը չի նվազում:Ստորև քննարկվում են երկու օրինակներ:

Առաջին դեպքում էլեկտրամատակարարումը և հողը տեղադրվում են համապատասխանաբար երկրորդ և հինգերորդ շերտերում:Պղնձով ծածկված էլեկտրամատակարարման բարձր դիմադրողականության պատճառով շատ անբարենպաստ է վերահսկել ընդհանուր ռեժիմի EMI ճառագայթումը:Այնուամենայնիվ, ազդանշանի դիմադրության կառավարման տեսանկյունից այս մեթոդը շատ ճիշտ է։

Երկրորդ օրինակում էլեկտրամատակարարումը և հողը տեղադրվում են համապատասխանաբար երրորդ և չորրորդ շերտերում:Այս դիզայնը լուծում է էլեկտրամատակարարման պղնձապատ դիմադրության խնդիրը:Շերտերի 1-ին և 6-րդ շերտերի էլեկտրամագնիսական պաշտպանության վատ կատարողականության պատճառով դիֆերենցիալ ռեժիմի EMI-ն մեծանում է:Եթե ​​երկու արտաքին շերտերի վրա ազդանշանային գծերի թիվը նվազագույնն է, և գծերի երկարությունը շատ կարճ է (ազդանշանի ամենաբարձր ներդաշնակ ալիքի երկարության 1/20-ից պակաս), դիզայնը կարող է լուծել դիֆերենցիալ ռեժիմի EMI-ի խնդիրը:Արդյունքները ցույց են տալիս, որ դիֆերենցիալ ռեժիմի EMI-ի ճնշումը հատկապես լավ է, երբ արտաքին շերտը լցված է պղնձով, իսկ պղնձապատ տարածքը հիմնավորված է (ալիքի երկարության յուրաքանչյուր 1/20 միջակայքում):Ինչպես նշվեց վերևում, պղինձը պետք է տեղադրվի