Ground Planes ve Vias Kullanımı PCB'lerde EMI'yi Minik

Elektromanyetik müdahale (EMI) modern baskılı devre yönetim kurulunda kalıcı bir meydan okumadır (PCB) tasarımı. Zaman hızları yükselir ve bileşen kesintileri yükselirken, küçük düzen gözetimleri bile, sistem arızalarına yol açan, veri yolsuzluklarına ve pahalı uyum başarısızlıklarına yol açan sorunlara neden olabilir. Etkili EMI m genellikle iki temel teknike bağlıdır: hem de yüzeysel bütünlüğün sağlanması için hassas bir uygulama sağlar.

Ground Planes: EMI Control Foundation

Bir zemin uçağı, tüm devreler için ortak bir referans gerilimi olarak hizmet eden bir PCB katmanında sürekli bir bakır alanıdır. birincil işlevi, özellikle de deri etkisinin iletkenlerin yüzeyinde sınırlı olduğu yüksek frekanslarda bir geri dönüş yolu sağlamaktır. Katı bir zemin uçağı EMI azaltımı için birkaç önemli avantaj sunar:

  • [FONT:0) Düşük hız geri dönüş yolu:) Signal akımları doğrudan iz altında, minimizleme döngüsü indükleme ve yayılabilir emisyonlar altında geri dönüyor.
  • [FONT:0]Image uçak etkisi:[Dönetici: 1 ) Zemin uçağı elektromanyetik dalgalar, iz ve uçak arasındaki alanları ortaya çıkarır. Bu, gemi yığını içinde bulunan emisyonları azaltır.
  • [FONT:0)Shielding:[Dönetici:[Dönetici: 1 ) Dış bir katmandaki bir zemin uçağı dış gürültü kaynaklarından hassas bileşenleri koruyabilir ve iç gürültüyü kaçıştan alıkoymasını engelleyebilir.
  • [FONT:0) Güç dağılımı içinReference uçağı: Bir güç uçağı ile birlikte kullanıldığında, yüksek frekanslı gürültüyü bölmeye yardımcı olan dağıtılmış bir kapasite oluşturur.

Yeraltı Planlarının Türleri

Tüm zemin uçakları aynı değildir. Katı bir bakır dökme ve bir hatched veya ağ modeli arasındaki seçim, üretim kısıtlamalarına ve uygulama gereksinimlerine bağlıdır. Solid uçaklar en düşük engel ve en iyi kalkanlama sunar, ancak çok hızlı dijital ve RF tasarımları ile, yüksek bakır yoğunlukla, termal yönetim bir sorun haline gelebilir.

Ground Plane Design için en iyi uygulamalar

  • [FONT:0] Zemin uçaklarını bölmekten kaçının:[Dönetici: 1 ) Bir zemin uçağı analog ve dijital bölümlere transfer etmek, ortak bir yanlış anlamadır. Modern karma tasarımlar tüm uçaktaki tek bir kesintisiz olarak çalışır. Splits, slot reson frekanslarında radiate, EMI performansını yükselten slot antenleri yaratır.
  • [FONT:0]Place zemin uçakları sinyal katmanlarına yakın: Çok katmanlı bir yığınta, doğrudan sinyal katmanına bitişik olarak yer tutmalı ve en aza indirmeli bir tahta. Örneğin, üst ve alt tabakalarda sinyalleri ile dört katmanlı bir tahta katmanın 3 katta zemin olması gerekir veya tersi.
  • [FONT:0) dikme yoluyla yeterli bir şekilde ölçül:[Dönetici: 0 ) Zemin uçaklarının birden fazla katmanda var olduğu zaman, özellikle de tahta çevresi ve yakın yüksek hızlı izler etrafında, dikme olmadan, zemin adaları sürekli bir referans amacını yenebilir.
  • [FONT:0) Saat jeneratörleri ve osilatörleri altında zemin uçakları kullanın: Bu bileşenler EMI'nin altında çok sayıdaki, bekçi izlerini ve çitleri ile birlikte, alanları içer.

Vias: Theches That Suppress Emissions

Vias, sinyal kalitesini ve EMI'yi etkileyen küçük plakalı deliklerdir.Onlar en uygun şekilde başarılı bir tasarıma nasıl kilitlenirler.

Via Type and Their Influence on EMI

  • [FONT:0]Through- delegeler:[Dönedekiler alt tabakaya kadar üst kattan çıkıyorlar. uzun süre boyunca daha yüksek indüktörler, ancak üretim için en kolay olan şey, birden fazla delikli dikme ve EMI baskısını artırmak.
  • [FONT:0]Blind ve gömülü vias:[Dönler: Blind vias, iç katmana dış bir tabakaya bağlanırken, gömülü vias sadece iç tabakaları bağlarken, bu parasitik indüktasyonları delik üzerinden karşılaştırır, çünkü stublar daha kısadır.
  • [FONT:0)Mikrovias:[Dönetici: 0:1) En küçük tip, genellikle yüksek çözünürlükte lazer delme (HDI) kurulları tarafından oluşturulur. Düşük indükleri, doğrudan IC'ler altında ve uzun izsiz güç için mükemmel bir şekilde sağlar.

Parasitik Etkileri ve Mitigate Them

Her bir modda küçük bir dizi indükleme (tipik olarak 0,5-1 nH standart 0.3 mm ile) ve çevre uçaklara sığabilir. yüksek frekanslarda, bu indükleme, zemini azaltılabilir, bu etkileri azaltmak için zemin uçağı azaltılabilir.

  • [FONT:0) Paralel olarak birden çok vias kullanın:[Dönetici:[Dönetici: 1 ) İki zemin uçağın birbirine bağlanması için birkaç taraf, ağ geçidinin ağ geçidini azaltın.
  • [FONT:0) Belirli frekanslarda resonant antenler olarak hareket eden bir tabakanın ötesine geçmek ve yüksek frekanslı performansı ortadan kaldırmak için kullanılan bir parçadır.
  • [FONT:0) Spacing yoluyla mükemmelleşir:[Dönetici:[Dönder: 1 inçlik bir gemi, uzay aracının uçları boyunca 1/20'den fazla değildir. 1 GHz sinyali için, bu, yaklaşık 5 mm'ye kadar spacing anlamına gelir.

Via Fencing for Shielding

Bir çit, hassas bir alan veya gürültülü bir iz çevreleyen yakın bir alan türüdür. elektromanyetik alanları içeren sürekli bir bakır duvar olarak hareket eder.Bu teknik özellikle de etkilidir:

  • [FONT:0) bitişik izlerinin arasındaki geçişin azaltılması: İki yüksek hızlı hat arasında bir çitin bulunması 10-20 dB tarafından izolasyonu artırabilir.
  • [FONT:0)Shielding saat sinyalleri:[Dönder:) Saat boyunca bir çitle bir saat izi yolu, radyasyonu diğer yönetimlere engel eder.
  • [FONT:0)Enclosing analog bölümler: Kombine imzalı tasarımlarda, bir çitle analog ve dijital bölümler, hala çit altında ortak bir zemin uçağı korumakta iken, analog ve dijital bölümler ayırabilir.

Ground Planes ve EMI Mitigations için en iyi uygulamalar

Aşağıdaki uygulamalar, bir koherent tasarım metodolojisine ilişkin tartışılan ilkeleri sentezler. Belirli yönetim kurulu teknolojisine, frekans aralığına ve düzenleyici gereksinimlerine (örneğin,COM, CISPR) göre uyarılmalıdır.

Katman Stack-Up ve Plane Placement

  • Yüksek hızlı sinyallerle tasarım için en az dört katmanlı bir yığın kullanın (yaklaşık 50 MHz'in üzerindeki kenar oranları 1 ns'in altında).Bir tabakayı sağlam bir zemin uçağı olarak ve bir güç uçağı olarak kullanın. Zemin uçağı en kritik sinyalleri içeren katmana bitişik olmalıdır.
  • İki katmanlı tahtalar için, en üst sinyal izlerinin yakınında bir zemini kullanın. Stitch the zemin pour to the top katmanı zemin with multiple throughs along the signal road. Even a partial ground plane is better than no.
  • Güç ve zemin uçaklarını birbiriyle birlikte çöpe atmaktan kaçının, eğer dielektrik çok ince ise, bu da güç gürültüyü azaltan yüksek kapasitelilik yaratabilir, ancak aynı zamanda çift gürültüyü dielektrik yoluyla kullanın.

Return Current Management

Signal currents always return through the road of least impedance, which at high frequency is directly under the signal trace on the next. If the ground plane has a slot or stopity, the return current must detour, growth the loop area and radyasyon.

  • [FONT:0)Route sürekli zemin üzerinde sinyalleri.[Dönetici: 1 ) Bir sinyal tabakaları değiştirmek zorundaysa, bir çift kata geçişe yakın: sinyal ve bir geri dönüş akımı için (bir zemin üzerinden) bu sıkı döngüyü tutar.
  • [0] Zemin uçakta bir bölünme geçtiğinde, bölmenin altındaki sinyali dikte etmek veya rotayı bölmek için kullanmak.[0] Daha iyi, bölünmelerden tamamen kaçınır (örneğin yüksek gerilim izolasyonu)

Via Placement Around components

Anahtar düzenleyicileri, saat osilatörler gibi gürültü-jenleştirici bileşenler ve FPGAs özel dikkat gerektirir:

  • [FONT:0] Zeminin bir parçası ile bileşeni genişletin[Dönetici:0) İç zemin uçağa bağlanmak, yerel düşük hacimli bir zemin yaratır ve yakın alan emisyonları içerir.
  • [FONT:0]Place decoupling cleors, güç pins'e mümkün olduğunca yakın, kısa izlere ve zemine pedlerle, zemine doğrudan ek bir iz uzunluğu olmadan bağlanmalıdır.
  • [FONT:0) Her bir zemin ped için birden fazla yedek kullanın bir bileşenden (örneğin QFN paketlerinden termal pedler). Bu, IC'nin iç zemin bağı ve PCB zemin uçağı arasındaki endüklemeyi en aza indirir.

Perimeter Grounding ve Chassis Bağlantı

Korumalar ve kalkan evler için, PCB zemin uçağı, birden fazla noktada şapel zeminine bağlı olmalıdır. Gemi kenarlarında bir yüzük kullanın (belirli bir "kurtaran yüzüğü" olarak adlandırılır). Bu yüzük aynı zamanda iç alanların dış kablolara ve muhafazalara engel olmasını da sağlar.

Gerçek Dünya Görüşleri ve Ticaret-Resimler

Yüksek Hızlı Dijital vs. RF Tasarımları

Yüksek hızlı dijital devrelerde (örneğin, PCIe, Krishna, USB 3.0), vurgu, mevcut döngüleri geri döndürür ve her türlü ayrımı kontrol etmek için gerekli olan ve dikte etmek için çok uygun bir düzleme sahiptir.

Termal Yönetim

Bakır uçakları ısı taşır, ancak yoğun zemin uçaklar, bakır dağılımının dengesiz olup olmadığını yeniden akış sırasında gemi savaş sayfasını engelleyebilirler. Tasarımcılar düşük maliyetli bir şekilde bağlantı sağlamak için boşluklar veya boşluklar ekleyebilirler, ancak bu slotlar iki bakır alanı arasında kesintiye uğratabiliyorlarsa EMI problemleri olabilir.

Maliyet ve İmalat Maliyet

Kör, gömülü veya mikrovias, düşük maliyetli tüketici ürünleri için, dört katmanlı bir yönetim kurulu, uygun zemin uçağa yatırım yaparak ve teknoloji yoluyla gelişmiş olan yatırım genellikle azaltılabilir EMI, daha az EMC test başarısızlıkları ve daha kısa zaman pazarlanabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Ground uçaklar ve viaslar sadece bir PCB düzenindeki pasif element değildir; elektromanyetik enerjiyi yönetmek için aktif araçlardır. İyi tasarlanmış bir zemin uçağını yönetmek, düşük girişli referans ve hassas sinyalleri kullanarak, stratejik olarak yerleştirilen tasarımcılar EMI'yi azaltıp genel güvenilirlik sistemi geliştirmek için önemli ölçüde azaltılabilir.

Elektronik sistemler daha yüksek frekanslarda ve sıkı paketlemelerde çalışmaya devam ettikçe, zemin uçağın temelleri ve tasarım yoluyla Ansys HFSS, CST Studio Suite ve hatta daha basit alan çözücüleri, PCB düzeni araçlarına entegre edilmiş olarak, daha fazla üretimden önce bu tekniklerin etkinliğini doğrulamaya yardımcı olabilir.For theDAN KURALLARI:0IEEE EMC Society, uygulama notları bu zaman içinde yüksek çözünürlükte.