كيفية حل مشكلة EMI في تصميم متعدد الطبقات ثنائي الفينيل متعدد الكلور؟

هل تعرف كيفية حل مشكلة EMI عند تصميم متعدد الطبقات ثنائي الفينيل متعدد الكلور؟

دعني أخبرك!

هناك طرق عديدة لحل مشاكل التداخل الكهرومغناطيسي. تشمل طرق قمع EMI الحديثة: استخدام طلاء قمع EMI ، واختيار أجزاء قمع EMI المناسبة وتصميم محاكاة EMI. استنادًا إلى تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور الأساسي ، تناقش هذه الورقة وظيفة مكدس ثنائي الفينيل متعدد الكلور في التحكم في إشعاع EMI ومهارات تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

حافلة كهربائية

يمكن تسريع قفزة جهد الخرج في IC عن طريق وضع السعة المناسبة بالقرب من دبوس الطاقة الخاص بـ IC. ومع ذلك ، هذه ليست نهاية المشكلة. نظرًا لاستجابة التردد المحدودة للمكثف ، من المستحيل على المكثف توليد الطاقة التوافقية اللازمة لدفع خرج IC بشكل نظيف في نطاق التردد الكامل. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الجهد العابر المتشكل على ناقل الطاقة سوف يتسبب في انخفاض الجهد في كلا طرفي محاثة مسار الفصل. هذه الفولتية العابرة هي مصادر التداخل الرئيسية الشائعة للوضع EMI. كيف يمكننا حل هذه المشاكل؟

في حالة الدائرة المتكاملة على لوحة الدوائر الخاصة بنا ، يمكن اعتبار طبقة الطاقة حول الدائرة المتكاملة مكثفًا جيدًا عالي التردد ، والذي يمكنه تجميع الطاقة المتسربة بواسطة المكثف المنفصل الذي يوفر طاقة عالية التردد لإنتاج نظيف. بالإضافة إلى ذلك ، يكون تحريض طبقة الطاقة الجيدة صغيرًا ، وبالتالي فإن الإشارة العابرة التي يتم توليفها بواسطة المحرِّض تكون صغيرة أيضًا ، مما يقلل من الوضع الشائع EMI.

بالطبع ، يجب أن يكون الاتصال بين طبقة إمداد الطاقة ودبوس إمداد الطاقة بالدائرة المتكاملة أقصر ما يمكن ، لأن الحافة الصاعدة للإشارة الرقمية أسرع وأسرع. من الأفضل توصيله مباشرة باللوحة حيث يوجد دبوس طاقة IC ، الأمر الذي يجب مناقشته بشكل منفصل.

من أجل التحكم في الوضع المشترك EMI ، يجب أن تكون طبقة الطاقة عبارة عن زوج جيد التصميم من طبقات الطاقة للمساعدة في الفصل والحصول على محاثة منخفضة بدرجة كافية. قد يتساءل بعض الناس ، ما مدى جودة ذلك؟ تعتمد الإجابة على طبقة الطاقة ، والمادة بين الطبقات ، وتردد التشغيل (أي دالة في زمن ارتفاع الدائرة المتكاملة). بشكل عام ، التباعد بين طبقات الطاقة هو 6 مل ، والطبقة البينية هي مادة FR4 ، وبالتالي فإن السعة المكافئة لكل بوصة مربعة من طبقة الطاقة تبلغ حوالي 75pF. من الواضح أنه كلما قل تباعد الطبقات ، زادت السعة.

لا توجد العديد من الأجهزة ذات وقت ارتفاع يتراوح بين 100 و 300 ثانية ، ولكن وفقًا لمعدل التطوير الحالي لـ IC ، فإن الأجهزة ذات وقت الارتفاع في حدود 100-300ps ستحتل نسبة عالية. بالنسبة للدوائر ذات أوقات الصعود من 100 إلى 300 PS ، لم يعد التباعد بين الطبقات بمقدار 3 مل قابلاً للتطبيق في معظم التطبيقات. في ذلك الوقت ، من الضروري اعتماد تقنية التفكيك مع تباعد الطبقة البينية أقل من 1 ميل ، واستبدال المادة العازلة FR4 بالمادة ذات ثابت العزل العالي. الآن ، يمكن أن يفي السيراميك والبلاستيك المحفوظ بوعاء بمتطلبات التصميم لدارات وقت ارتفاع 100 إلى 300ps.

على الرغم من أنه يمكن استخدام مواد وطرق جديدة في المستقبل ، فإن دارات وقت الصعود المشتركة من 1 إلى 3 نانوثانية ، وتباعد الطبقات من 3 إلى 6 مل ، والمواد العازلة FR4 تكون عادةً كافية للتعامل مع التوافقيات المتطورة وجعل الإشارات العابرة منخفضة بدرجة كافية ، وهذا هو ، يمكن تقليل EMI الوضع الشائع منخفضة جدًا. في هذا البحث ، تم تقديم مثال تصميم لتكديس طبقات ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، ويفترض أن تكون تباعد الطبقات من 3 إلى 6 مل.

التدريع الكهرومغناطيسي

من وجهة نظر توجيه الإشارة ، يجب أن تكون استراتيجية الطبقات الجيدة هي وضع كل آثار الإشارة في طبقة واحدة أو أكثر ، بجوار طبقة الطاقة أو المستوى الأرضي. بالنسبة لمزود الطاقة ، يجب أن تكون استراتيجية الطبقات الجيدة هي أن تكون طبقة الطاقة مجاورة لمستوى الأرض ، ويجب أن تكون المسافة بين طبقة الطاقة والمستوى الأرضي صغيرة قدر الإمكان ، وهو ما نسميه إستراتيجية "الطبقات".

مكدس ثنائي الفينيل متعدد الكلور

ما نوع إستراتيجية التراص التي يمكن أن تساعد في حماية وقمع EMI؟ يفترض مخطط التراص الطبقي التالي أن تيار إمداد الطاقة يتدفق على طبقة واحدة وأن الجهد الفردي أو الفولتية المتعددة موزعة في أجزاء مختلفة من نفس الطبقة. ستتم مناقشة حالة طبقات الطاقة المتعددة لاحقًا.

لوحة من 4 طبقات

هناك بعض المشاكل المحتملة في تصميم رقائق 4 رقائق. بادئ ذي بدء ، حتى إذا كانت طبقة الإشارة في الطبقة الخارجية وكانت الطاقة ومستوى الأرض في الطبقة الداخلية ، فإن المسافة بين طبقة الطاقة والمستوى الأرضي لا تزال كبيرة جدًا.

إذا كانت متطلبات التكلفة هي الأولى ، فيمكن النظر في الخيارين التاليين للوحة التقليدية المكونة من 4 طبقات. يمكن لكليهما تحسين أداء قمع EMI ، لكنهما مناسبان فقط للحالة التي تكون فيها كثافة المكونات الموجودة على اللوحة منخفضة بدرجة كافية وهناك مساحة كافية حول المكونات (لوضع طلاء النحاس المطلوب لإمداد الطاقة).

الأول هو المخطط المفضل. جميع الطبقات الخارجية لثنائي الفينيل متعدد الكلور عبارة عن طبقات ، والطبقتان الأوسطتان عبارة عن طبقات إشارة / طاقة. يتم توجيه مصدر الطاقة على طبقة الإشارة بخطوط عريضة ، مما يجعل مقاومة المسار لتيار مصدر الطاقة منخفضة ومقاومة مسار الإشارة الدقيقة منخفضة. من منظور التحكم في EMI ، هذا هو أفضل هيكل ثنائي الفينيل متعدد الكلور من 4 طبقات متاح. في المخطط الثاني ، تحمل الطبقة الخارجية الطاقة والأرض ، وتحمل الطبقة الوسطى الإشارة. بالمقارنة مع اللوحة التقليدية المكونة من 4 طبقات ، فإن تحسين هذا المخطط أصغر ، ومقاومة الطبقة البينية ليست جيدة مثل تلك الموجودة في اللوحة التقليدية المكونة من 4 طبقات.

إذا كان سيتم التحكم في مقاومة الأسلاك ، فيجب أن يكون مخطط التراص أعلاه شديد الحذر لوضع الأسلاك تحت الجزيرة النحاسية لإمداد الطاقة والتأريض. بالإضافة إلى ذلك ، يجب ربط الجزيرة النحاسية الموجودة على مصدر الطاقة أو الطبقة ببعضها قدر الإمكان لضمان الاتصال بين التيار المستمر والتردد المنخفض.

طبق من 6 طبقات

إذا كانت كثافة المكونات على اللوحة المكونة من 4 طبقات كبيرة ، فإن اللوحة المكونة من 6 طبقات تكون أفضل. ومع ذلك ، فإن تأثير التدريع لبعض أنظمة التراص في تصميم اللوحة المكونة من 6 طبقات ليس جيدًا بما يكفي ، ولا يتم تقليل الإشارة العابرة لناقل الطاقة. يتم مناقشة مثالين أدناه.

في الحالة الأولى ، يتم وضع مصدر الطاقة والأرض في الطبقتين الثانية والخامسة على التوالي. نظرًا للمقاومة العالية لإمدادات الطاقة النحاسية المكسوة بالنحاس ، فمن غير المناسب جدًا التحكم في الوضع الشائع لإشعاع EMI. ومع ذلك ، من وجهة نظر التحكم في مقاومة الإشارة ، فإن هذه الطريقة صحيحة للغاية.

في المثال الثاني ، يتم وضع مصدر الطاقة والأرض في الطبقتين الثالثة والرابعة على التوالي. هذا التصميم يحل مشكلة المعاوقة النحاسية المكسوة بإمدادات الطاقة. نظرًا لضعف أداء التدريع الكهرومغناطيسي للطبقة 1 والطبقة 6 ، يزداد الوضع التفاضلي EMI. إذا كان عدد خطوط الإشارة على الطبقتين الخارجيتين هو الأقل وكان طول الخطوط قصيرًا جدًا (أقل من 1/20 من الطول الموجي التوافقي الأعلى للإشارة) ، يمكن للتصميم حل مشكلة الوضع التفاضلي EMI. أظهرت النتائج أن قمع الوضع التفاضلي EMI جيد بشكل خاص عندما تمتلئ الطبقة الخارجية بالنحاس ويتم تأريض المنطقة المكسوة بالنحاس (كل فاصل طول موجي 1/20). كما ذكر أعلاه ، يجب وضع النحاس


الوقت ما بعد: يوليو 29-2020