EMI의 영향을 줄이기 위한 고속 PCB 라우팅 기술

새로운 세대의 전자 기술은 부품의 높은 에지 속도를 증가시킵니다. 회로의 작업 속도 향상으로 인해 PCB 설계에 대한 요구 사항이 점점 높아집니다. PCB 설계의 품질은 구성 요소와 전체 회로의 작동 성능을 결정합니다. 특히 비용, PCB 면적, 종합회로의 기능성 등을 고려할 때 복잡한 메커니즘으로 인해 EMI(Electromagnetic Interface) 발생원은 점점 더 넓어지고 있다.

EMI 메커니즘 및 솔루션

EMI의 주요 요소에는 전자파 간섭원, 전송 경로 및 간섭 대상이 포함됩니다. EMI의 도래로 이어지는 요소가 명시되어 있어, 해결이 용이한 요소와 PCB 설계 과정에서 부분적으로만 해결될 수 있는 요소를 결정하여 레이아웃, 라우팅 과정에서 고려할 수 있도록 해야 합니다. 및 접지.

• 레이아웃

PCB 레이아웃 측면에서 영역은 다양한 기능에 따라 구분되어야 합니다. 서로 다른 기능이 서로 다른 영역에 분산되어 있는 반면 기능 영역의 민감한 장치에는 특별한 주의를 기울여야 합니다.

일반적으로 PCB 레이아웃에는 다음 원칙을 따라야 합니다.

ㅏ. 고속 회로에서 부품의 핀 분포 매개변수를 고려해야 하며 특히 고속 클록 신호의 경우 부품 핀의 분산 용량이 매우 중요합니다. 한편, 분산 인덕턴스는 신호의 발진으로 이어져 회로 기능 장애를 일으킬 수 있으므로 참조해야 합니다. 따라서 레이아웃 과정에서 향후 라우팅을 위해 리드 길이를 낮추고 EMI의 영향을 줄이기 위해 고밀도로 분포를 배치해야 합니다.

비. 아날로그 부품과 전자 부품이 모두 하나의 회로에 머무르는 경우 레이아웃 과정에서 독립적으로 배포되어야 합니다. 디지털 컴포넌트의 신호는 복합적인 복합 성분을 가지고 있고 다중 고조파가 존재하기 때문에 아날로그 신호에 큰 영향이 발생합니다. 따라서 세심한 주의를 기울여야 합니다.

씨. 클럭 유닛은 고속 회로에서 필수적입니다. 클럭 유닛의 작동 메커니즘은 실제로 노이즈 소스와 동일합니다. 즉, 특정 조건이 충족될 때 이 유닛이 진동한다는 의미입니다. 전도 간섭 및 복사 간섭의 중요한 원인으로 클럭 유닛은 PCB의 가장자리에 위치해서는 안됩니다. 그렇지 않으면 EMI가 매우 심각해질 것입니다. PCB 중앙에 클럭 유닛을 배치해야 회로의 EMI를 크게 줄일 수 있습니다.

• 라우팅

PCB 라우팅 과정에서 낮은 비용의 상황에서 EMI의 영향을 줄이기 위해 가능한 한 접지면을 확장할 수 있습니다. 그러나 비용이 엄격하게 통제되어야 하는 상황에서는 PCB의 레이어 수와 스택 순서를 신중하게 고려해야 합니다. 또한 신호의 종류를 고려하여 고속 신호와 저속 신호에 대한 라우팅을 독립적으로 수행해야 합니다. 또한 노이즈의 원인 및 노이즈 억제를 강화하는 방법, 임피던스 매칭 문제(적절한 매칭이 없는 고속 신호는 반드시 신호 ​​반사로 이어져 회로의 신뢰성 저하), 넷 리스트 등의 다른 요소를 고려해야 합니다. .

ㅏ. 라우팅의 기본 원칙

라우팅에서 따르는 일반 원칙은 다음과 같습니다.

1).브레이크 포인트는 라우팅에서 피해야 합니다. 즉, 아래 그림 1과 같이 직각을 피해야 합니다.

직각은 반사를 유발할 수 있으므로 이러한 현상을 피하기 위해서는 변곡점을 매끄럽게 설계해야 합니다. 동시에 키 신호가 분할된 영역을 넘어서는 안 됩니다. 그렇지 않으면 EMI가 즉시 향상됩니다. 가장 일반적인 신호 우회는 서로 다른 전력 분할 영역을 가로지르는 것입니다.

2).레이아웃 과정에서 아날로그 컴포넌트와 디지털 컴포넌트는 서로 분리되어야 하므로 라우팅을 나누어야 합니다. 동시에 접지선과 전원선의 폭은 접지선의 폭이 신호선의 폭보다 큰 전력선의 폭보다 크다는 원칙에 따라 확대되어야 합니다. 또한, 신호 배선의 라우팅에서는 3W 원칙을 충분히 고려해야 하며, 다층 기판의 경우 내부 레이어에서 20H 원칙을 고려해야 합니다. 위의 작업을 완료하면 EMI의 70%를 피할 수 있습니다. 아날로그에 민감한 전선의 경우 접지와 같은 조치를 취할 수 있습니다.

3). USB2.0 또는 기타 고속 차동 라인의 라우팅을 위해 커플링 라우팅을 적용해야 하며 차동 쌍 사이의 참조 표면 무결성이 보장되어야 합니다. 차동 쌍은 일반적으로 고속 신호이므로 PCB 가장자리에 라우팅을 배치해서는 안 됩니다.

비. 루프

루프는 PCB 설계에서 절대 피할 수 없습니다. 루프는 외부로 흘러들어오는 신호로 구성되며 각각의 루프는 기능상 안테나 역할을 한다. PCB에서 EMI를 줄이려면 루프의 수와 루프의 안테나 용량을 모두 줄여야 합니다. 이는 PCB 설계에서 각 신호의 흐름 방향을 인지해야 하며, 고속 신호의 경우 루프 영역을 줄여야 함을 의미합니다.

회로에서 가장 일반적으로 사용되는 루프는 그림 2와 같이 디커플링 커패시터에 포함된 전력 루프에 있습니다.

디커플링 커패시터를 그림 2의 왼쪽 다이어그램과 같이 배치하면 명백한 EMI 현상과 함께 비교적 큰 전류 루프가 생성됩니다. 이에 반해 디커플링 캐패시터가 칩과 가깝게 배치된 그림 2의 오른쪽 다이어그램에서는 EMI를 줄이는 주요 기능으로 극히 작은 디커플링 루프가 생성된다. 루프를 줄이기 위해 따라야 하는 원칙이 표시됩니다.

1). 각 신호 라인의 두 지점 사이에는 하나의 경로만 보장됩니다.

2). 신호 루프에 블록이 없는 상태로 접지면을 적용해야 합니다.

씨. PCB의 접지선

1). PCB 접지 시스템에서 디지털 접지, 아날로그 접지 및 시스템 차폐 접지 사이의 차이점을 명확히 해야 합니다. 별도의 디지털 접지와 아날로그 접지에 마그네틱 비드와 캐패시터를 적용하고 디지털 접지와 필드 접지를 직접 연결해야 합니다.
2).허용되는 경우 접지선을 PCB에서 넓혀야 합니다.
3).Form 접지선에 의한 폐쇄 회로를 통해 간섭 방지 용량이 강화되고 시스템 간의 전기적 레벨 차이가 감소합니다.

• 필터 디자인

고속 PCB에서 필터 처리는 전원 와이어 및 신호 와이어에 구현될 수 있습니다. 일반적인 조치에는 자기 필터 구성 요소, EMI 필터 및 디커플링 커패시터 추가가 포함됩니다.

ㅏ. 디커플링 커패시터 선택

1). 회로에서 디커플링 커패시터는 전력을 원활하게 만들고 간섭 방지 용량을 강화하는 데 도움이 됩니다. 일반적으로 세라믹 커패시터는 높은 안정성, 고정확도, 작은 부피 및 낮은 ESR(등가 직렬 저항)로 인해 디커플링 커패시터로 선택됩니다. 회로 설계 시 저항값은 1μF ~ 100μF 범위에서 선택하고 내전압 성능은 회로에 따라 고려해야 합니다.
2). 디커플링 커패시터는 구성 요소 옆에 가깝게 배치해야 합니다.

비. 자기 부품 선택

자기 부품은 인덕터와 자기 비드로 분류할 수 있습니다. 일반적으로 인덕터는 신호선 사이에 자기 비드가 있는 동안 전원 단자 끝에서 픽업됩니다. 구성 요소 선택 과정에서 포화 매개변수를 고려해야 합니다. 자기 구성 요소가 포화 상태에 도달하면 연소됩니다. 또한 자기 부품의 품질과 DCR 매개변수를 모두 고려해야 합니다.

신호 라인 중 일반적으로 사용되는 방법은 EMI 용량을 강화하기 위해 직렬 라인에 자기 비드를 적용하는 것입니다.

씨. EMI 필터 선택

심각한 공통 모드 간섭이 있는 영역은 전원 입력 및 신호 라인 출력이 있는 장소에 있습니다. 공통 모드 간섭을 피하기 위한 일반적인 조치에는 공통 모드 인덕터, 압저항, LC 회로 및 특정 EMI 필터의 추가가 포함됩니다. 고속 회로에서 USB 및 HDMI와 같은 디지털 인터페이스의 고속 전송을 위해서는 EMI 문제를 고려해야 합니다.

• 신호 반사

신호 전송에서 소스 터미널의 에너지는 항상 로딩 터미널로 전송될 것으로 예상되며, 이는 ZL이 ZO와 같아야 함을 의미합니다. 서로 같지 않으면 에너지의 일부가 반사됩니다.

라인의 전송 지연이 상대적으로 길면 더 강한 신호가 소스 터미널로 다시 반사됩니다. 그러면 아래 그림 5와 같이 링잉 발생 시 보상을 위해 상대적으로 많은 양을 변경해야 합니다.

신호에 링잉이 발생하면 EMI는 심각도의 정점에 도달합니다. PCB 설계에서 이러한 현상을 방지하기 위해서는 Table 1의 원칙을 따르시기 바랍니다.

신호 에지 시간(ns)	신호 라인의 길이(인치)
5	8.6
4	6.9
3	5.1
2	3.4
1	1.7

EMI 테스트

제품 설계 후 EMI를 피하기 위한 많은 조치에도 불구하고 테스트를 수행할 때까지 문제가 발견되지 않습니다. 그런 다음 문제를 해결하기 위해 일부 수정을 할 수 있습니다.

EMI 테스트에는 테스트 방법, 장치 및 테스트 위치가 포함됩니다. 시험방법은 모든 항목을 참고하여 실시하여야 한다. 장치가 표준에 도달하지 못하면 정성 테스트를 위해 분광계를 적용할 수 있습니다. 장치의 특정 EMI 값이 필요한 경우 전문 장치를 적용해야 합니다. 테스트 위치는 암실에서 하는 것이 가장 좋습니다.

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