Nel dinamico settore dell’elettronica, la complessità coinvolta nelPCB multistratoil design è ciò che serve per rendere i metodi affidabili ed efficaci quando si tratta delle prestazioni e della durata dei dispositivi attuali. Ilimpilamento degli strati, che è un componente principale di questo processo di progettazione, è fondamentale nella gestione delle interferenze elettromagnetiche (EMI). Sebbene una configurazione di stackup PCB ben studiata possa contribuire a migliorare le prestazioni EMI così come aintegrità del segnaleuna pila implementata in modo approssimativo può comprometterla gravemente. Questo articolo esaminerà il complesso rapporto tra lo stackup degli strati e le prestazioni EMI e presenterà soluzioni al compito di ottimizzare i tuoi progetti PCB per ottenere prestazioni EMI migliori.
La complessità dell’impilamento degli strati PCB
In un impilamento multistrato, vengono sovrapposti diversi strati di materiale conduttivo e isolante, tra cui: strati di segnale,piani di massae piani di alimentazione. Questo design viene scelto in base ai requisiti elettrici, meccanici e termici dell’applicazione. I tipici stackup sono schede a 4, 6 e 8 strati, sebbene lo stackup diminuisca in complessità man mano che si richiedono applicazioni a velocità e densità più elevate.
Lo stackup ha un forte effetto sui percorsi dei segnali, sulla distribuzione dell’alimentazione e sulla schermatura della scheda contro indesiderate interazioni di segnali elettromagnetici. Senza una corretta progettazione dello stackup,diafoniapossono verificarsi problemi di integrità del segnale e impossibilità di rispettare le normative EMI. Per ottenere un’efficace schermatura EMI e l’affidabilità del prodotto nello scenario reale, è fondamentale ottimizzare lo stackup del PCB multistrato.
L'influenza dello stackup degli strati sulle prestazioni EMI
Un certo numero di elementi importanti nello stackup influisce sulle prestazioni EMI. Una comprensione approfondita di essi può contribuire a ridurre la vulnerabilità ai disturbi EMI e a garantire il rispetto delle norme EMC.
Prossimità dei piani di massa
I piani di massa possono essere utilizzati come punto di riferimento per i segnali e forniscono schermatura contro le EMI. Disporre gli strati di segnale vicino a un piano di massa riduce il percorso di ritorno del segnale ad alta frequenza e questo diminuisce l’area dell’anello e i segnali irradiati. Una configurazione standard a 4 strati prevede che gli strati di segnale siano posizionati accanto ai piani di massa, riducendo essenzialmente l’impedenza e aumentando anche il controllo delle EMI.
Accoppiamento tra piani di alimentazione e di massa
Lo strato capacitivo naturale formato dalla prossimità tra i piani di alimentazione e di massa è fondamentale per il disaccoppiamento del rumore ad alta frequenza. L’uso di questa strategia può fornire alla scheda stabilità della tensione e riduzione del rumore, offrendo un percorso a bassa impedenza per le correnti di ritorno. Con uno stackup a 6 strati, quando i piani di alimentazione e di massa sono collocati negli strati intermedi, si ottimizzano la riduzione del rumore e le prestazioni EMI.
Simmetria dello stackup
Una struttura a strati simmetrica non è importante solo in termini di integrità strutturale, ma anche in termini di prestazioni EMI uniformi. Strati di segnale, alimentazione e massa equivalenti contribuiscono al mantenimento di un’impedenza costante, oltre che alla riduzione delle EMI. Per esempio, una struttura a 8 strati caratterizzata dall’alternanza di strati di segnale e di massa fa sì che ogni strato di segnale goda dei vantaggi della messa a terra in uno strato direttamente adiacente, portando a una schermatura EMI ideale.
Strategie di ottimizzazione dello stackup per le prestazioni EMI
Avendo conoscenza degli effetti dello stackup sull’EMI, i progettisti sono in grado di utilizzare metodi efficaci per ridurre le interferenze e migliorare le prestazioni.
Dare Priorità al Posizionamento Ravvicinato Segnale-Massa
Nei segnali ad alta velocità, posizionare piani di massa adiacenti agli strati di segnale per ridurre l’induttanza e isolare i campi elettromagnetici. Tra questi conduttori, strati dielettrici molto più sottili possono ridurre radicalmente le EMI irradiate, con un’impedenza controllata spesso nell’ordine dei 50 ohm.
Piani esclusivi di alimentazione e massa
Piani di massa e di alimentazione dedicati sono necessari per ottenere una buona riduzione EMI. I piani suddivisi non devono essere separati quando non è necessario, perché ciò può causare punti caldi EMI. Aggiungere condensatori di disaccoppiamento intorno ai pin di alimentazione dei circuiti integrati per ridurre il rumore.
Ottimizza la spaziatura degli strati
La riduzione della distanza tra i piani di alimentazione e di massa aumenta la capacità, che sopprime il rumore. Utilizza calcolatori di impedenza per trovare lo spessore dielettrico migliore da usare nei progetti ad alta velocità.
Ridurre al minimo gli incroci dei livelli di segnale
Utilizzare un numero minore di via per garantire la continuità del percorso di ritorno e ridurre al minimo le EMI. Nel caso in cui sia impossibile evitarlo, posizionare via di cucitura collegati a massa vicino ai via di segnale per garantire un’area di loop ridotta.
Proteggi segnali sensibili
La collocazione di segnali analogici o RF delicati tra piani di massa fornisce un effetto gabbia di Faraday, che migliora la protezione contro le interferenze esterne.
Errori comuni e come evitarli
Anche con una progettazione dello stackup ben intenzionata, alcuni errori possono influire sulle prestazioni EMI. I piani di massa frammentati devono essere evitati, poiché disturbano i percorsi di ritorno, e il posizionamento dei piani di alimentazione deve essere appropriato per garantire una distanza ridotta dal piano di massa, il che contribuisce ad aumentare l’effetto di disaccoppiamento. Inoltre, occorre prestare attenzione al carico degli strati di segnale per ridurre il crosstalk e le EMI.
Tecniche avanzate ad alte prestazioni per la riduzione delle EMI
Metodi più sofisticati per ridurre le EMI in progetti molto complessi includono la capacità sepolta einstradamento di coppie differenziali. Utilizzare la schermatura ai bordi sui via di massa e instradare sempre in coppia per mantenere il rumore fuori.
Con il rapido evolversi del mondo dell’elettronica, è importante padroneggiare le complessità della progettazione di PCB multistrato per garantire l’affidabilità e le prestazioni dei dispositivi contemporanei. Lo stackup degli strati è un elemento fondamentale di questo processo di progettazione ed è significativo nella gestione delle interferenze elettromagnetiche (EMI). Sebbene uno stackup PCB ben pianificato possa migliorare il comportamento EMI e garantire l’integrità del segnale, uno stackup realizzato in modo inadeguato può peggiorarlo drasticamente. Questo articolo analizza la complessa interazione tra lo stackup degli strati e le prestazioni EMI e offre suggerimenti su come utilizzare tutti i vostri progetti PCB per ottenere prestazioni EMI migliori.
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