各種控制技術(shù)通常用于電磁兼容設(shè)計(jì)。一般來說,越接近EMI源,實(shí)現(xiàn)EM控制所需的成本越小。PCB集成電路芯片是EMI因此,如果我們能夠深入了解集成電路芯片的內(nèi)部特性,我們就可以簡化它PCB在系統(tǒng)級設(shè)計(jì)中EMI控制。在考慮EMI控制時(shí),設(shè)計(jì)工程師和PCB板級設(shè)計(jì)工程師設(shè)計(jì)工程師IC芯片的選擇。集成電路的一些特征,如包裝類型、偏置電壓和芯片:工藝技術(shù)(例如CMoS,ECI)等等對電磁干擾有很大的影響。下面將重點(diǎn)討論IC對EMI控制的影響。
集成電路EMl來源
PCB中集成電路EMI來源主要包括:輸出端產(chǎn)生的方波信號頻率引起的數(shù)字集成電路從高邏輯到低邏輯的轉(zhuǎn)換,或從低邏輯到高邏輯的轉(zhuǎn)換EMl信號電壓、信號電流電場和磁場芯片本身的電容和電感等。
集成電路芯片輸出端產(chǎn)生的方波包含廣泛的正弦諧波分量,這是工程師所關(guān)心的EMI頻率成分EMI頻率也稱為EMI發(fā)射帶寬時(shí)間(不是信號頻率)的發(fā)射帶寬。
計(jì)算EMI發(fā)射帶寬的公式如下:f=0.35/Tr
在類型中,工廠是頻率,單位是GHz;7r是信號上升時(shí)間或下降時(shí)間,單位為ns。
從上面的公式可以看出,如果電路的開關(guān)頻率為50MHz,集成電路芯片的上升時(shí)間為1ns,所以電路最高EMI發(fā)射頻率將達(dá)到350MHz,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電路的開關(guān)頻率。如果匯款上升時(shí)間為5肋,F(xiàn)s,所以電路最高EMI射頻將高達(dá)700MHz。
電路中的每個(gè)電壓值對應(yīng)一定的電流,每個(gè)電流都有相應(yīng)的電壓。當(dāng)每個(gè)電流。IC這些信號電壓和信號電流產(chǎn)生電場和磁場,這些電場和磁場的最高頻率是發(fā)射帶寬。電場和磁場的強(qiáng)度和外部輻射的百分比不僅是信號上升時(shí)間的函數(shù),而且還取決于信號源與負(fù)載點(diǎn)之間的電容和電感控制。因此,信號源位于PCB板的匯內(nèi)部,而負(fù)載位于其他IC內(nèi)部,這些IC可能在PCB上,也許不在PCB為了有效的控制EMI,不僅要注意交換;芭芭本身的電容和電感也需要注意PCB存在的電容和電感。
當(dāng)信號電壓和信號電路之間的罐不緊密時(shí),電路的電容會降低,從而削弱對電場的抑制作用,從而降低電容EMI增加;電路中的電流也是如此。如果電流與返回路徑之間的水壺沒有閉合;好的,必然會增加電路上的電感,從而增強(qiáng)磁場,最終導(dǎo)致EMI添加。這充分表明,電場控制不良通常會導(dǎo)致磁場抑制不良。控制電路板中電磁場的措施和抑制措施IC電磁場封裝的措施大致相似。PCB設(shè)計(jì)情況,IC封裝設(shè)計(jì)會有很大的影響EMI。
電路中相當(dāng)一部分電磁輻射是由電源總線中的電壓瞬變引起的。當(dāng)匯款的輸出級別為:跳變和驅(qū)動連接的電磁輻射PCB線為邏輯“高”同時(shí),匯芯片會從電源中吸收電流,提供輸出級月需要的能量。IC就連續(xù)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的超高頻電流而言,電源總線阿姨PCB上面的去輥網(wǎng)絡(luò)停止匯款的輸出級。如果輸出級的信號上升時(shí)間為1.0ns,那么IC要在1.0ns在如此短的時(shí)間內(nèi),P從電源中吸收足夠的電流來驅(qū)動PCB上面的傳輸線。電源總線上電壓的瞬態(tài)變化取決于電源j線路徑上的應(yīng)用。感知、吸收電流和電流傳輸時(shí)間。電壓的瞬態(tài)變化是由公式定義的,L電流傳輸路徑上的電感值;dj表示信號上升時(shí)間間隔內(nèi)電流的變化;dz表示D流傳輸時(shí)間(信號上升時(shí)間)的變化。
由于IC管腳和內(nèi)部電路是電源總線的一部分,吸收電流和輸出信號的時(shí)間也在一定程度上取決于匯款技術(shù)。因此,選擇合適的匯款可以在很大程度上控制上述公式中提到的三個(gè)要素。
電磁干擾控制中的封裝特征
IC包裝通常包括硅芯片,一個(gè)小的內(nèi)部PCB和焊盤。硅基芯片安裝在小型64PCB上,硅基芯片和焊盤之間的連接是通過綁定線實(shí)現(xiàn)的,在某些包裝中也可以直接連接到小型包裝中PCB實(shí)現(xiàn)硅基芯片上信號與電源與集合包上相應(yīng)的管腳之間的連接,從而實(shí)現(xiàn)硅基芯片上信號和電源節(jié)點(diǎn)的外部延伸。因此,電源和信號的傳輸路徑包括填充基芯片和小型芯片PCB連線,PCB接線和集合包的輸入和輸出管腳。對電容和家庭感覺的控制(對應(yīng)于電場和磁場)在很大程度上取決于整個(gè)傳輸路徑的設(shè)計(jì),一些設(shè)計(jì)特性將直接影響整個(gè)設(shè)計(jì)IC電容和電感的芯片包裝。
首先看看硅基芯片和內(nèi)部小電路板之間的連接方式。許多集成芯片使用綁定線連接頸部硅基芯片和內(nèi)部小電路板之間的連接,這是硅基芯片和內(nèi)部小電路板之間的極細(xì)6t電線。由于硅基芯片和內(nèi)部小電路板的熱膨脹系數(shù),這種技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用(CU)類似芯片本身就是一種硅基器件,其熱膨脹系數(shù)與典型的相似PCB材料(如環(huán)氧樹脂)的熱膨脹系數(shù)差異很大。例如,硅基芯片的電氣連接點(diǎn)直接安裝在內(nèi)部PCB那么,在一段相對較短的時(shí)間之后,IC包裝內(nèi)部溫度的變化會導(dǎo)致熱膨脹和冷收縮,這種方式的連接會因斷裂而失效。綁定線是一種適應(yīng)這種特殊環(huán)境的引線方法。它能承受較大負(fù)荷的彎曲變形,不易斷裂
使用綁定線的問題是,每個(gè)信號或電源線的電流回路面積的增加將導(dǎo)致電感值的增加。獲得較低電感值的優(yōu)秀設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)硅基芯片和內(nèi)部PCB它們之間的直接連接意味著硅基芯片的連接點(diǎn)直接連接在PCB在焊盤上。這就需要選擇使用一種特殊的PCB板基材料,這種材料應(yīng)具有非常低的熱膨脹系數(shù)。選擇這種材料將導(dǎo)致匯款芯片的整體成本增加,因此使用這種工藝技術(shù)的芯片并不常見,但只要硅基芯片和載體PCB直接連接的IC存在:在設(shè)計(jì)方案中是可行的,所以采用這種方案IC設(shè)備是更好的選擇。
一般來說,在包裝設(shè)計(jì)中,選擇集成電路芯片過程的主要考慮因素是降低電感,增加信號與相應(yīng)電路之間或電源與地面之間的電容。例如,小間距表面安裝和大間距表面安裝:與工藝相比,應(yīng)優(yōu)先選擇采用小間距表面安裝工藝包裝的芯片,這兩種表面安裝工藝包裝IC所有芯片都優(yōu)于過孔引線型封裝。BGA與任何常用的包裝類型相比,包裝芯片具有最低的導(dǎo)線電感。從電容和電感控制的角度來看,小包裝和更細(xì)的間距通常代表性能的提高。
引線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要特點(diǎn)是管腳的分布。由于電感和電容值的大小取決于信號或電源與返回路徑之間的接近,因此應(yīng)考慮足夠的返回路徑。
電源管腳和地面管腳應(yīng)成對分配,每個(gè)電源管腳應(yīng)具有相應(yīng)的地面管腳相鄰分布,在這種導(dǎo)線結(jié)構(gòu)中應(yīng)分配多個(gè)電源管腳和地面管腳對。這兩個(gè)特性將大大降低電源與地面之間的電感,幫助降低電源總線上的電壓瞬態(tài)變化,從而降低電壓EAdI。由于習(xí)慣的原因,市場上的許多外匯芯片并沒有完全遵循上述設(shè)計(jì)規(guī)則,但是,IC設(shè)計(jì)和制造商對這種設(shè)計(jì)方法的優(yōu)勢有著深刻的理解,因此它是新的IC設(shè)計(jì)和發(fā)布芯片IC制造商更注重電源連接。
理想情況下,每個(gè)信號管腳都需要分配一個(gè)相鄰的信號返回管腳(如地管腳)。實(shí)際情況并非如此,有很多,IC廠家采用其他折中法。在BGA在包裝中,一種有效的設(shè)計(jì)方法是在每組八個(gè)信號管腳的中心設(shè)置一個(gè)信號返回管腳。在這種管腳布置下,每個(gè)信號和信號返回路徑之間只有一個(gè)管腳的距離。而對于四方扁平封裝(QFP)或者其他鷗翼(gullw切g(shù))封裝形式IC一般來說,在信號組中心放置信號返回路徑是不現(xiàn)實(shí)的。即便如此,還是要保證每4到6個(gè)管腳放置一個(gè)信號返回管腳。需要注意的是,不同的匯工技術(shù)可能會使用不同的信號返回電壓。有的IC使用地管腳(如TIL設(shè)備)作為信號的返回路徑,而有些則是IC使用電源管腳(如絕大多數(shù))ECI作為信號的返回路徑,也有一些設(shè)備IC同時(shí)使用電源管腳和地管腳(如大多數(shù))CMoS設(shè)備)作為信號返回路徑。因此,設(shè)計(jì)工程師必須熟悉設(shè)計(jì)中使用的設(shè)計(jì)IC芯片邏輯系列,了解其相關(guān)工作情況。
IC芯片中電源和地管腳的合理分布不僅可以減少EMI,而且可以大大改善地彈反射(groundboltnce)效果。當(dāng)驅(qū)動傳輸線的設(shè)備試圖將傳輸線下拉到低邏輯時(shí),地彈反射仍然保持在低邏輯閉電平以上,地彈反射可能導(dǎo)致電路故障或故障。
IC另一個(gè)需要注意的重要問題是芯片內(nèi)部PCB設(shè)計(jì),內(nèi)部PCB通常也是IC封裝中最大的組成部分是內(nèi)部PCB如果嚴(yán)格控制電容和電感,將大大改善系統(tǒng)的整體EMI性能。如果是兩層的話。PCB板,至少要求PCB板的一側(cè)為連續(xù)地平面層,PCB板的另一邊是電源和信號的布線層。更理想的情況是四層PCB板,中間的兩層是電源和地平面層,外面的兩層是信號布線層。由于匯包裝內(nèi)部的內(nèi)部PCB通常很薄,四層板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)會導(dǎo)致兩個(gè)高電容、低電感的接線層,特別適合需要嚴(yán)格控制的電源分配和輸入輸出信號。低阻抗平面層可大大降低電源總線死亡的電壓瞬變,大大改善EMI性能。這種受控信號線不僅有利于減少EMI,確保進(jìn)出匯信號的完整性也起著重要作用。