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电磁兼容工艺设计对EMI有重要影响

各种控制技术通常用于电磁兼容设计。一般来说,越接近EMI源,实现EM控制所需的成本越小。PCB集成电路芯片是EMI因此,如果我们能够深入了解集成电路芯片的内部特性,我们就可以简化它PCB在系统级设计中EMI控制。在考虑EMI控制时,设计工程师和PCB板级设计工程师设计工程师IC芯片的选择。集成电路的一些特征,如包装类型、偏置电压和芯片:工艺技术(例如CMoS,ECI)等等对电磁干扰有很大的影响。下面将重点讨论IC对EMI控制的影响。


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集成电路EMl来源

PCB中集成电路EMI来源主要包括:输出端产生的方波信号频率引起的数字集成电路从高逻辑到低逻辑的转换,或从低逻辑到高逻辑的转换EMl信号电压、信号电流电场和磁场芯片本身的电容和电感等。

集成电路芯片输出端产生的方波包含广泛的正弦谐波分量,这是工程师所关心的EMI频率成分EMI频率也称为EMI发射带宽时间(不是信号频率)的发射带宽。

计算EMI发射带宽的公式如下:f=0.35/Tr

在类型中,工厂是频率,单位是GHz;7r是信号上升时间或下降时间,单位为ns。

从上面的公式可以看出,如果电路的开关频率为50MHz,集成电路芯片的上升时间为1ns,所以电路最高EMI发射频率将达到350MHz,远远大于电路的开关频率。如果汇款上升时间为5肋,Fs,所以电路最高EMI射频将高达700MHz。

电路中的每个电压值对应一定的电流,每个电流都有相应的电压。当每个电流。IC这些信号电压和信号电流产生电场和磁场,这些电场和磁场的最高频率是发射带宽。电场和磁场的强度和外部辐射的百分比不仅是信号上升时间的函数,而且还取决于信号源与负载点之间的电容和电感控制。因此,信号源位于PCB板的汇内部,而负载位于其他IC内部,这些IC可能在PCB上,也许不在PCB为了有效的控制EMI,不仅要注意交换;芭芭本身的电容和电感也需要注意PCB存在的电容和电感。


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当信号电压和信号电路之间的罐不紧密时,电路的电容会降低,从而削弱对电场的抑制作用,从而降低电容EMI增加;电路中的电流也是如此。如果电流与返回路径之间的水壶没有闭合;好的,必然会增加电路上的电感,从而增强磁场,最终导致EMI添加。这充分表明,电场控制不良通常会导致磁场抑制不良。控制电路板中电磁场的措施和抑制措施IC电磁场封装的措施大致相似。PCB设计情况,IC封装设计会有很大的影响EMI。

电路中相当一部分电磁辐射是由电源总线中的电压瞬变引起的。当汇款的输出级别为:跳变和驱动连接的电磁辐射PCB线为逻辑“高”同时,汇芯片会从电源中吸收电流,提供输出级月需要的能量。IC就连续转换产生的超高频电流而言,电源总线阿姨PCB上面的去辊网络停止汇款的输出级。如果输出级的信号上升时间为1.0ns,那么IC要在1.0ns在如此短的时间内,P从电源中吸收足够的电流来驱动PCB上面的传输线。电源总线上电压的瞬态变化取决于电源j线路径上的应用。感知、吸收电流和电流传输时间。电压的瞬态变化是由公式定义的,L电流传输路径上的电感值;dj表示信号上升时间间隔内电流的变化;dz表示D流传输时间(信号上升时间)的变化。

由于IC管脚和内部电路是电源总线的一部分,吸收电流和输出信号的时间也在一定程度上取决于汇款技术。因此,选择合适的汇款可以在很大程度上控制上述公式中提到的三个要素。


电磁干扰控制中的封装特征

IC包装通常包括硅芯片,一个小的内部PCB和焊盘。硅基芯片安装在小型64PCB上,硅基芯片和焊盘之间的连接是通过绑定线实现的,在某些包装中也可以直接连接到小型包装中PCB实现硅基芯片上信号与电源与集合包上相应的管脚之间的连接,从而实现硅基芯片上信号和电源节点的外部延伸。因此,电源和信号的传输路径包括填充基芯片和小型芯片PCB连线,PCB接线和集合包的输入和输出管脚。对电容和家庭感觉的控制(对应于电场和磁场)在很大程度上取决于整个传输路径的设计,一些设计特性将直接影响整个设计IC电容和电感的芯片包装。

首先看看硅基芯片和内部小电路板之间的连接方式。许多集成芯片使用绑定线连接颈部硅基芯片和内部小电路板之间的连接,这是硅基芯片和内部小电路板之间的极细6t电线。由于硅基芯片和内部小电路板的热膨胀系数,这种技术得到了广泛的应用(CU)类似芯片本身就是一种硅基器件,其热膨胀系数与典型的相似PCB材料(如环氧树脂)的热膨胀系数差异很大。例如,硅基芯片的电气连接点直接安装在内部PCB那么,在一段相对较短的时间之后,IC包装内部温度的变化会导致热膨胀和冷收缩,这种方式的连接会因断裂而失效。绑定线是一种适应这种特殊环境的引线方法。它能承受较大负荷的弯曲变形,不易断裂

使用绑定线的问题是,每个信号或电源线的电流回路面积的增加将导致电感值的增加。获得较低电感值的优秀设计是实现硅基芯片和内部PCB它们之间的直接连接意味着硅基芯片的连接点直接连接在PCB在焊盘上。这就需要选择使用一种特殊的PCB板基材料,这种材料应具有非常低的热膨胀系数。选择这种材料将导致汇款芯片的整体成本增加,因此使用这种工艺技术的芯片并不常见,但只要硅基芯片和载体PCB直接连接的IC存在:在设计方案中是可行的,所以采用这种方案IC设备是更好的选择。

一般来说,在包装设计中,选择集成电路芯片过程的主要考虑因素是降低电感,增加信号与相应电路之间或电源与地面之间的电容。例如,小间距表面安装和大间距表面安装:与工艺相比,应优先选择采用小间距表面安装工艺包装的芯片,这两种表面安装工艺包装IC所有芯片都优于过孔引线型封装。BGA与任何常用的包装类型相比,包装芯片具有最低的导线电感。从电容和电感控制的角度来看,小包装和更细的间距通常代表性能的提高。

引线结构设计的一个重要特点是管脚的分布。由于电感和电容值的大小取决于信号或电源与返回路径之间的接近,因此应考虑足够的返回路径。

电源管脚和地面管脚应成对分配,每个电源管脚应具有相应的地面管脚相邻分布,在这种导线结构中应分配多个电源管脚和地面管脚对。这两个特性将大大降低电源与地面之间的电感,帮助降低电源总线上的电压瞬态变化,从而降低电压EAdI。由于习惯的原因,市场上的许多外汇芯片并没有完全遵循上述设计规则,但是,IC设计和制造商对这种设计方法的优势有着深刻的理解,因此它是新的IC设计和发布芯片IC制造商更注重电源连接。

理想情况下,每个信号管脚都需要分配一个相邻的信号返回管脚(如地管脚)。实际情况并非如此,有很多,IC厂家采用其他折中法。在BGA在包装中,一种有效的设计方法是在每组八个信号管脚的中心设置一个信号返回管脚。在这种管脚布置下,每个信号和信号返回路径之间只有一个管脚的距离。而对于四方扁平封装(QFP)或者其他鸥翼(gullw切g)封装形式IC一般来说,在信号组中心放置信号返回路径是不现实的。即便如此,还是要保证每4到6个管脚放置一个信号返回管脚。需要注意的是,不同的汇工技术可能会使用不同的信号返回电压。有的IC使用地管脚(如TIL设备)作为信号的返回路径,而有些则是IC使用电源管脚(如绝大多数)ECI作为信号的返回路径,也有一些设备IC同时使用电源管脚和地管脚(如大多数)CMoS设备)作为信号返回路径。因此,设计工程师必须熟悉设计中使用的设计IC芯片逻辑系列,了解其相关工作情况。

IC芯片中电源和地管脚的合理分布不仅可以减少EMI,而且可以大大改善地弹反射(groundboltnce)效果。当驱动传输线的设备试图将传输线下拉到低逻辑时,地弹反射仍然保持在低逻辑闭电平以上,地弹反射可能导致电路故障或故障。

IC另一个需要注意的重要问题是芯片内部PCB设计,内部PCB通常也是IC封装中最大的组成部分是内部PCB如果严格控制电容和电感,将大大改善系统的整体EMI性能。如果是两层的话。PCB板,至少要求PCB板的一侧为连续地平面层,PCB板的另一边是电源和信号的布线层。更理想的情况是四层PCB板,中间的两层是电源和地平面层,外面的两层是信号布线层。由于汇包装内部的内部PCB通常很薄,四层板结构的设计会导致两个高电容、低电感的接线层,特别适合需要严格控制的电源分配和输入输出信号。低阻抗平面层可大大降低电源总线死亡的电压瞬变,大大改善EMI性能。这种受控信号线不仅有利于减少EMI,确保进出汇信号的完整性也起着重要作用。



相关关键词: 电磁兼容EMI
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