Międzywarstwowe pojemności odsprzęgające
Wprowadzenie do układu znacznych pojemności międzywarstwowych, pomiędzy warstwą wylewki masy a zasilaniem pozwala na skuteczne zwiekszenie pojemności odsprzęgającej w układzie. Zabieg taki ma pozytywny wpływ na EMI gdyż redukuje poziom przewodzonego przez płytkę szumu a także zmniejsza poziom emitowanych na zewnątrz urządzenia zakłóceń elektromagnetycznych. Zasadniczą są dwa pozytywne efekty takiego działania, po pierwsze zasięg emisji szumowej przewodzonej w polach masy i zasilania zostaje zredukowany, a po drugie wprowadza do układu pojemność odsprzegającą niezwykle dobrze działającą dla zakłóceń o częstotliwościach od 200 MHz do 1 GHz. Pozwala to istotnie zmniejszyć poziom szumu w naszym układzie. Zapewnia to o wiele lepsze warunki pracy dla czułych na zakłócenia układów, muszących pracować blisko układów wykorzystujących technologię isoPower. Emisja zakłóceń EMI jest zmniejszona proporcjonalnie do zmniejszenia poziomu szumu w warstwach wylewki, jednakże sama technika prowadzenia masy zaproponowana tutaj nie ma wpływu na sposób i charakter emisji tych zakłóceń. Jakkolwiek nie działa ona tak jak stosowanie pojemności zszywających czy ochrona brzegów przed emisją EMI to znacznie poprawia środowisko pracy układów znajdujących się na PCB.
Do analizy tej techniki posłużono się czterowarstwową płytka PCB z warstwami ułożonymi tak jak pokazano na poniższym obrazku (czyli sygnały-masa-zasilanie-sygnały). Opis signal/power i signal/ground oznacza że na danej warstwie sygnałowej wykonano dodatkowe wylewki, odpowiednio, zasilania i masy. Jak widać na poniższym obrazku zastosowany laminat charakteryzuje się zmienną grubością dielektryka - pomiędzy warstwami wewnętrznymi - masy i zasilania - jest on niezwykle cienki (w porównaniu do reszty), po to aby uzyskać tam większą pojemność.
Wykonanie dodatkowych wylewek masy i zasilania na warstwach sygnałowych, tak jak opisano powyżej, dodatkowo zwiększa jeszcze wartość pojemności odsprzęgającej w układzie. Wymaga to oczywiście naprzemiennego ułożenia wylewek zasilanie-masa-zasilanie-masa. Taka architektura dodatkowo pomaga także między innymi wyłapać emisję która wyjdzie poza chronione przelotkami brzegi. Podczas projektowania wylewek w warstwach sygnałowych trzeba zachować daleko idącą ostrożność. Po pierwsze warstwy te muszą być dobrze połączone z warstwami odniesienia - wewnętrznymi warstwami wylewki masy oraz zasilania, ponieważ pływająca wylewka tego typu może zadziałać jako antena i zamiast przeciwdziałać emisji EMI może dodatkowo efektywnie ją emitować. Poniżej wypisano szereg podstawowych zasad którymi należy się kierować podczas projektowania takiej struktury:
Przykład dobrze zaprojektowanej wylewki pokazany jest na poniższej ilustracji. Na ilustracji także zaznaczono 'via fence' czyli umieszczone blisko siebie przelotki na krawędzi wylewki masy, służące ekranowaniu krawędzi wylewki, mającej tendencję do emisji zakłóceń EMI.
Efektywność działania takiej pojemności na jakość środowiska pracy układów dobrze obrazuje poniższy wykres. Pokazany jest na nim szum generowany przez układ PWM kontrolujący pierwotną stronę przetwornicy w układzie ADuM5xxx. W górnej sekcji pokazano szum na nóżce VDD1 układu generowany na płytce dwuwarstwowej. W centralnej sekcji pokazano ten sam szum, jednakże na płytce z warstwami masy i zasilania odseparowanymi od siebie o zaledwie 24 milsy. W ostatnim panelu odległość tą zmniejszono do 4 milsów (zwiększając tym samym pojemność rozproszonego kondensatora odsprzęgającego w układzie). Widać znaczne zmniejszenie szumów od 460 mV do 64 mV.
Źródła:
http://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/AN-0971.pdf
Wprowadzenie do układu znacznych pojemności międzywarstwowych, pomiędzy warstwą wylewki masy a zasilaniem pozwala na skuteczne zwiekszenie pojemności odsprzęgającej w układzie. Zabieg taki ma pozytywny wpływ na EMI gdyż redukuje poziom przewodzonego przez płytkę szumu a także zmniejsza poziom emitowanych na zewnątrz urządzenia zakłóceń elektromagnetycznych. Zasadniczą są dwa pozytywne efekty takiego działania, po pierwsze zasięg emisji szumowej przewodzonej w polach masy i zasilania zostaje zredukowany, a po drugie wprowadza do układu pojemność odsprzegającą niezwykle dobrze działającą dla zakłóceń o częstotliwościach od 200 MHz do 1 GHz. Pozwala to istotnie zmniejszyć poziom szumu w naszym układzie. Zapewnia to o wiele lepsze warunki pracy dla czułych na zakłócenia układów, muszących pracować blisko układów wykorzystujących technologię isoPower. Emisja zakłóceń EMI jest zmniejszona proporcjonalnie do zmniejszenia poziomu szumu w warstwach wylewki, jednakże sama technika prowadzenia masy zaproponowana tutaj nie ma wpływu na sposób i charakter emisji tych zakłóceń. Jakkolwiek nie działa ona tak jak stosowanie pojemności zszywających czy ochrona brzegów przed emisją EMI to znacznie poprawia środowisko pracy układów znajdujących się na PCB.
Do analizy tej techniki posłużono się czterowarstwową płytka PCB z warstwami ułożonymi tak jak pokazano na poniższym obrazku (czyli sygnały-masa-zasilanie-sygnały). Opis signal/power i signal/ground oznacza że na danej warstwie sygnałowej wykonano dodatkowe wylewki, odpowiednio, zasilania i masy. Jak widać na poniższym obrazku zastosowany laminat charakteryzuje się zmienną grubością dielektryka - pomiędzy warstwami wewnętrznymi - masy i zasilania - jest on niezwykle cienki (w porównaniu do reszty), po to aby uzyskać tam większą pojemność.

Wykonanie dodatkowych wylewek masy i zasilania na warstwach sygnałowych, tak jak opisano powyżej, dodatkowo zwiększa jeszcze wartość pojemności odsprzęgającej w układzie. Wymaga to oczywiście naprzemiennego ułożenia wylewek zasilanie-masa-zasilanie-masa. Taka architektura dodatkowo pomaga także między innymi wyłapać emisję która wyjdzie poza chronione przelotkami brzegi. Podczas projektowania wylewek w warstwach sygnałowych trzeba zachować daleko idącą ostrożność. Po pierwsze warstwy te muszą być dobrze połączone z warstwami odniesienia - wewnętrznymi warstwami wylewki masy oraz zasilania, ponieważ pływająca wylewka tego typu może zadziałać jako antena i zamiast przeciwdziałać emisji EMI może dodatkowo efektywnie ją emitować. Poniżej wypisano szereg podstawowych zasad którymi należy się kierować podczas projektowania takiej struktury:
- Wylewki muszą być mocno ze sobą połączone - w sensie elektrycznym. Zaleca się umieszczanie przelotek wzdłuż krawędzi wylewki do warstwy wewnętrznej nie rzadziej niż co 10 mm. Można robić to częściej w zależności od lokalizacji na płytce (np. płynącego lokalnie prądu)
- Powinno się unikać tworzenia niewielkich, podłużnych pól wylewki w warstwach sygnałowych (czyli np. sierot wylewki).
- Jeśli wylewka ma nieregularne kształty przelotki do warstwy wewnętrznej umieszczać należy w możliwie skrajnych lokalizacjach wylewki
Przykład dobrze zaprojektowanej wylewki pokazany jest na poniższej ilustracji. Na ilustracji także zaznaczono 'via fence' czyli umieszczone blisko siebie przelotki na krawędzi wylewki masy, służące ekranowaniu krawędzi wylewki, mającej tendencję do emisji zakłóceń EMI.
Efektywność działania takiej pojemności na jakość środowiska pracy układów dobrze obrazuje poniższy wykres. Pokazany jest na nim szum generowany przez układ PWM kontrolujący pierwotną stronę przetwornicy w układzie ADuM5xxx. W górnej sekcji pokazano szum na nóżce VDD1 układu generowany na płytce dwuwarstwowej. W centralnej sekcji pokazano ten sam szum, jednakże na płytce z warstwami masy i zasilania odseparowanymi od siebie o zaledwie 24 milsy. W ostatnim panelu odległość tą zmniejszono do 4 milsów (zwiększając tym samym pojemność rozproszonego kondensatora odsprzęgającego w układzie). Widać znaczne zmniejszenie szumów od 460 mV do 64 mV.
Źródła:
http://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/AN-0971.pdf
Fajne? Ranking DIY
