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多层PCB的EMI处置方式日期:2017-01-20

多层PCB的EMI处置方式



处置EMI题目的方式良多,古代的EMI按捺方式包含:操纵EMI按捺涂层、选用适合的EMI按捺零配件和EMI仿真设想等。本文从最根基的PCB布板动身,会商PCB分层重叠在节制EMI辐射中的感化和设想技能。

01

电源汇流排

在IC的电源引脚四周公道地安顿得当容量的电容,能够或许使IC输入电压的跳变来得更快。可是,题目并非到此为止。由于电容呈无限频次呼应的特征,这使得电容没法在全频带上天生清洁地驱动IC输入所须要的谐波功率。除此以外,电源汇流排上构成的瞬态电压在去耦途径的电感两头会构成电压降,这些瞬态电压便是首要的共模EMI搅扰源。咱们应当怎样处置这些题目?

 

就咱们电路板上的IC而言,IC四周的电源层能够或许当作是杰出的高频电容器,它能够或许搜集为清洁输入供给高频能量的分立电容器所泄露的那部份能量。别的,杰出的电源层的电感要小,从而电感所分解的瞬态旌旗灯号也小,进而下降共模EMI

 

固然,电源层到IC电源引脚的连线必须尽能够或许短,由于数位旌旗灯号的回升沿愈来愈快,最好是直连续到IC电源引脚地点的焊盘上,这要别的会商。

 

为了节制共模EMI,电源层要有助于去耦和具备充足低的电感,这个电源层必须是一个设想相称好的电源层的配对。有人能够或许会问,好到甚么水平才算好?题目的谜底取决于电源的分层、层间的资料和任务频次(即IC回升时候的函数)。凡是,电源分层的间距是6mil,夹层是FR4资料,则每平方英寸电源层的等效电容约为75pF。明显,层间距越小电容越大。

 

回升时候为100到300ps的器件并未几,可是按照今朝IC的成长速率,回升时候在100到300ps规模的器件将据有很高的比例。对100到300ps回升时候的电路,3mil层间距对大大都利用将不再合用。当时,有须要接纳层间距小于1mil的分层手艺,并用介电常数很高的资料取代FR4介电资料。此刻,陶瓷和加陶塑料能够或许知足100到300ps回升时候电路的设想请求。

 

虽然将来能够或许会接纳新资料和新方式,但对明天罕见的1到3ns回升时候电路、3到6mil层间距和FR4介电资料,凡是充足处置高端谐波并使瞬态旌旗灯号充足低,便是说,共模EMI能够或许降得很低。本文给出的PCB分层重叠设想实例将假设层间距为3到6mil。

02

电磁屏障

从旌旗灯号走线来看,好的分层战略应当是把一切的旌旗灯号走线放在一层或多少层,这些层紧挨着电源层或接地层。对电源,好的分层战略应当是电源层与接地层相邻,且电源层与接地层的间隔尽能够或许小,这便是咱们所讲的“分层"战略。

03

PCB重叠

甚么样的重叠战略有助于屏障和按捺EMI?以下分层重叠计划假设电源电流在单一层下流动,单电压或多电压散布在统一层的差别部份。多电源层的景象稍后会商。

04

4层板

4层板设想存在多少潜伏题目。起首,传统的厚度为62mil的四层板,即便旌旗灯号层在外层,电源和接地层在内层,电源层与接地层的间距依然过大。

 

若是本钱请求是第一名的,能够或许斟酌以下两种传统4层板的替换计划。这两个计划都能改良EMI按捺的机能,但只合用于板上元件密度充足低和元件四周有充足面积(安排所请求的电源覆铜层)的场所。

 

第一种为首选计划,PCB的外层均为地层,中间两层均为旌旗灯号/电源层。旌旗灯号层上的电源用宽线走线,这能够或许使电源电流的途径阻抗低,且旌旗灯号微带途径的阻抗也低。从EMI节制的角度看,这是现有的最好4层PCB规划。第二种计划的外层走电源和地,中间两层走旌旗灯号。该计划绝对传统4层板来讲,改良要小一些,层间阻抗和传统的4层板一样欠佳。

 

若是要节制走线阻抗,上述重叠计划都要很是谨慎地将走线安排在电源和接地铺铜岛的下边。别的,电源或地层上的铺铜岛之间应尽能够或许地互连在一路,以确保DC和低频的毗连性。


05

6层板

若是4层板上的元件密度比拟大,则最好接纳6层板。可是,6层板设想中某些叠层计划对电磁场的屏障感化不够好,对电源汇流排瞬态旌旗灯号的下降感化甚微。上面会商两个实例。

 

第一例将电源和地别离放在第2和第5层,由于电源覆铜阻抗高,对节制共模EMI辐射很是倒霉。不过,从旌旗灯号的阻抗节制观点来看,这一方式倒是很是准确的。

 

第二例将电源和地别离放在第3和第4层,这一设想处置了电源覆铜阻抗题目,由于第1层和第6层的电磁屏障机能差,差模EMI增添了。若是两个外层上的旌旗灯号线数目起码,走线长度很短(短于旌旗灯号最高谐波波长的1/20),则这类设想能够或许处置差模EMI题目。将外层上的无元件和无走线地区铺铜添补并将覆铜区接地(每1/20波长为间隔),则对差模EMI的按捺出格好。如前所述,要将铺铜区与外部接地层多点相联。

 

通用高机能6层板设想普通将第1和第6层布为地层,第3和第4层走电源和地。由于在电源层和接地层之间是两层居中的双微带旌旗灯号线层,因此EMI按捺能力是良好的。该设想的错误谬误在于走线层只需两层。后面先容过,若是外层走线短且在无走线地区铺铜,则用传统的6层板也能够或许完成不异的重叠。

 

别的一种6层板规划为旌旗灯号、地、旌旗灯号、电源、地、旌旗灯号,这可完成高等旌旗灯号完全性设想所须要的环境。旌旗灯号层与接地层相邻,电源层和接地层配对。明显,缺乏的地方是层的重叠不均衡。

 

这凡是会给加工制作带来费事。处置题目的方式是将第3层一切的空缺地区填铜,填铜后若是第3层的覆铜密度靠近于电源层或接地层,这块板能够或许不严酷地算作是规划均衡的电路板。填铜区必须接电源或接地。毗连过孔之间的间隔依然是1/20波长,不见获得处都要毗连,但抱负环境下应当毗连。


06

10层板

由于多层板之间的绝缘断绝层很是薄,以是10或12层的电路板层与层之间的阻抗很是低,只需分层和重叠不出题目,完全可望获得良好的旌旗灯号完全性。要按62mil厚度加工制作12层板,坚苦比拟多,能够或许加工12层板的制作商也未几。

 

由于旌旗灯号层和回路层之间老是隔有绝缘层,在10层板设想平分配中间6层来走旌旗灯号线的计划并非最好。别的,让旌旗灯号层与回路层相邻很重要,即板规划为旌旗灯号、地、旌旗灯号、旌旗灯号、电源、地、旌旗灯号、旌旗灯号、地、旌旗灯号。

 

这一设想为旌旗灯号电流及其回路电流供给了杰出的通路。得当的布线战略是,第1层沿X标的目的走线,第3层沿Y标的目的走线,第4层沿X标的目的走线,以此类推。直观地看走线,第1层和第3层是一对分层组合,第4层和第7层是一对分层组合,第8层和第10层是最初一对分层组合。当须要转变走线标的目的时,第1层上的旌旗灯号线应藉由”过孔"到第3层今后再转变标的目的。现实上,或许并不总能如许做,但作为设想观点仍是要尽能够遵照。

 

一样,当旌旗灯号的走线标的目的变更时,应当藉由过孔从第8层和第10层或从第4层到第7层。如许布线可确保旌旗灯号的前向通路和回路之间的耦合最紧。比方,若是旌旗灯号在第1层上走线,回路在第2层且只在第2层上走线,那末第1层上的旌旗灯号即便是藉由“过孔”转到了第3层上,其回路仍在第2层,从而坚持低电感、大电容的特征和杰出的电磁屏障机能。

 

若是现实走线不是如许,怎样办?比方第1层上的旌旗灯号线经过过孔到第10层,这时候回路旌旗灯号只好从第9层寻觅接地立体,回路电流要找到比来的接地过孔(如电阻或电容等元件的接地引脚)。若是可巧四周存在如许的过孔,则真的交运。假设不如许近的过孔可用,电感就会变大,电容要减小,EMI必然会增添。

 

当旌旗灯号线必须经过过孔分开此刻的一对布线层到其余布线层时,应就近在过孔旁安排接地过孔,如许能够或许使回路旌旗灯号顺遂前往得当的接地层。对第4层和第7层分层组合,旌旗灯号回路将从电源层或接地层(即第5层或第6层)前往,由于电源层和接地层之间的电容耦合杰出,旌旗灯号轻易传输。


07

多电源层的设想

若是统一电压源的两个电源层须要输入大电流,则电路板应布成两组电源层和接地层。在这类环境下,每对电源层和接地层之间都安排了绝缘层。如许就获得咱们希冀的平分电流的两对阻抗相称的电源汇流排。若是电源层的重叠形成阻抗不相称,则分流就不平均,瞬态电压将大很多,并且EMI会急剧增添。

 

若是电路板上存在多个数值差别的电源电压,则响应地须要多个电源层,要服膺为差别的电源建立各自配对的电源层和接地层。在上述两种环境下,肯定配对电源层和接地层在电路板的地位时,牢记制作商对均衡规划的请求。

划重点啦~

鉴于大大都工程师设想的电路板是厚度62mil、不带盲孔或埋孔的传统印制电路板,本文对电路板分层和重叠的会商都范围于此。厚度差别太大的电路板,本文保举的分层计划能够或许不抱负。别的,带盲孔或埋孔的电路板的加工制程差别,本文的分层方式也不合用。

 

电路板设想中厚度、过孔制程和电路板的层数不是处置题目的关头,杰出的分层重叠是保障电源汇流排的旁路和去耦、使电源层或接地层上的瞬态电压最小并将旌旗灯号和电源的电磁场屏障起来的关头。抱负环境下,旌旗灯号走线层与其回路接地层之间应当有一个绝缘断绝层,配对的层间距(或一对以上)应当越小越好。按照这些根基观点和准绳,能力设想出总能到达设想请求的电路板。此刻,IC的回升时候已很短并将更短,本文会商的手艺对处置EMI屏障题目是必不可少的。



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