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详解IC芯片对EMI控制的影响_暗记_旗子

南宫静远 2024-12-28 14:22:09 0

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其二:在考虑EMI掌握时,设计工程师及PCB板级设计工程师首先该当考虑IC芯片的选择。
集成电路的某些特色如封装类型、偏置电压和芯片的:工艺技能(例如CMoS、ECI)等都对电磁滋扰有很大的影响。
下面我们将着重磋商IC对EMI掌握的影响。

集成电路中的EMl来源

1、PCB中集成电路EMI的来源紧张有:

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数字集成电路从逻辑高到逻辑低之间转换或者从逻辑低到逻辑高之间转换过程中,输出端产生的方波旗子暗记频率导致的EMl旗子暗记电压和旗子暗记电流电场和磁场芯片自身的电容和电感等。

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(图片来自网络侵删)

2、集成电路芯片输出端产生的方波中包含频率范围宽广的正弦谐波分量,这些正弦谐波分量构成工程师所关心的EMI频率身分。
最高EMI频率也称为EMI发射带宽,它是旗子暗记上升韶光(而不是旗子暗记频率)的函数。

这是打算EMI发射带宽的公式:f=0.35/Tr

公式中,f是频率,单位是GHz;T是旗子暗记上升韶光或者低落韶光,单位为ns。

从上述公式中可以看出,如果电路的开关频率为50MHz,而采取的集成电路芯片的上升韶光是1ns,那么该电路的最高EMI发射频率将达到350MHz,远远大于该电路的开关频率。
而如果汇的—上升韶光为5肋Fs,那么该电路的最高EMI发射频率将高达700MHz。

电路中的每一个电压值都对应一定的电流,同样每一个电流都存在对应的电压。
当IC的输出在逻辑高到逻辑低或者逻辑低到逻辑高之间变换时,这些旗子暗记电压和旗子暗记电流就会产生电场和磁场,而这些电场和磁场的最高频率便是发射带宽。
电场和磁场的强度以及对外辐射的百分比,不仅是旗子暗记上升韶光的函数,同时也取决于对旗子暗记源到负载点之间旗子暗记通道上电容和电感的掌握的好坏,因此,旗子暗记源位于PCB板的汇内部,而负载位于其他的IC内部,这些IC可能在PCB上,也可能不在该PCB上。
为了有效地掌握EMI,不仅须要关注汇;芭片自身的电容和电感,同样须要重视PCB上存在的电容和电感。

当旗子暗记电压与旗子暗记回路之间的锅合失慎密时,电路的电容就会减小,因而对电场的抑制浸染就会减弱,从而使EMI增大;电路中的电流也存在同样的情形,如果电流同返回路径之间锅合不;佳,势必加大回路上的电感,从而增强了磁场,终极导致EMI增加。
这充分解释,对电场掌握不佳常日也会导致磁场抑制不佳。
用来掌握电路板中电磁场的方法与用来抑制IC封装中电磁场的方法大体相似。
正犹如PCB设计的情形,IC封装设计将极大地影响EMI。

电路中相称一部分电磁辐射是由电源总线中的电压瞬变造成的。
当汇的输出级发:跳变并驱动相连的PCB线为逻辑“高”时,汇芯片将从电源中吸纳电流,供应输出级月需的能量。
对付IC不断转换所产生的超高频电流而言,电源总线姑子PCB上的去辊网络止于汇的输出级。
如果输出级的旗子暗记上升韶光为1.0ns,那么IC要在1.0ns这么短的时P 内从电源上吸纳足够的电流来驱动PCB上的传输线。
电源总线上电压的瞬变取决于电源j线路径上的申。
感、吸纳的电流以及电流的传输韶光。
电压的瞬变由公式所定义,L是电流传输路径上电感的值;dj表示旗子暗记上升韶光间隔内电流的变革;dz表示d流的传输韶光(旗子暗记的上升韶光)的变革。

由于IC管脚以及内部电路都是电源总线的一部分,而且吸纳电流和输出旗子暗记的上于韶光也在一定程度上取决于汇的工艺技能,因此选择得当的汇就可以在很大程度上控伟上述公式中提到的三个要素。

封装特色在电磁滋扰掌握中的浸染

1、IC 封装常日包括硅基芯片、一个小型的内部PCB以及焊盘。
硅基芯片安装在小型64PCB上,通过绑定线实现硅基芯片与焊盘之间的连接,在某些封装中也可以实现直接连接小型PCB实现硅基芯片上的旗子暗记和电源与汇封装上的对应管脚之间的连接,这样就实到了硅基芯片上旗子暗记和电源节点的对外延伸。
因此,该汇的电源和旗子暗记的传输路径包括馅基芯片、与小型PCB之间的连线、PCB走线以及汇封装的输入和输出管脚。
对电容和宅感(对应于电场和磁场)掌握的好坏在很大程度上取决于全体传输路径设计的好坏,某些设计特色将直接影响全体IC芯片封装的电容和电感。

2、先看硅基芯片与内部小电路板之间的连接办法。
许多的汇芯片都采取绑定线来实颈硅基芯片与内部小电路板之间的连接,这是一种在硅基芯片与内部小电路板之间的极细6t电线。
这种技能之以是运用广泛是由于硅基芯片和内部小电路板的热胀系数(CU)附近‘芯片本身是一种硅基器件,其热胀系数与范例的PCB材料(如环氧树脂)的热胀系数有相大的差别。
如:果硅基芯片的电气连接点直接安装在内部小PCB上的话,那么在一段相对较短的韶光之后,IC封装内部温度的变革导致热胀冷缩,这种办法的连接就会由于断裂而失落效。
绑定线是一种适应这种分外环境的引线办法,它可以承受较大负荷的波折变形而不随意马虎断裂

3、采取绑定线的问题在于,每一个旗子暗记或者电源线的电流环路面积的增加将导致电感值升高。
得到较低电感值的优秀设计便是实现硅基芯片与内部PCB之间的直接连接,也便是说硅基芯片的连接点直接联结在 PCB的焊盘上。
这就哀求选择利用一种分外的PCB板基材料,这种材料该当具有极低的热膨胀系数。
而选择这种材料将导致汇芯片整体本钱的增加,因而采取这种工艺技能的芯片并不常见,但是只要这种将硅基芯片与载体PCB直接连接的IC存在:并且在设计方案中可行,那么采取这样的IC器件便是较好的选择。

一样平常来说,在汇封装设计中,降落电感并且增大旗子暗记与对应回路之间或者电源与地之间电容是选择集成电路芯片过程的紧张考虑成分。
比如说,间距的表面贴装与大间距的表面贴装:工艺比较,该当优先考虑选择采取小间距的表面贴装工艺封装的汇芯片,而这两种类型的表面贴装工艺封装的IC芯片都优于过孔引线类型的封装。
BGA封装的汇芯片同任何常用的封装类型比较具有最低的引线电感。
从电容和电感掌握的角度来看,小型的封装和更细的间距常日总是代表性能的提高。

4、引线构造设计的一个主要特色是管脚的分配。
由于电感和电容值的大小都取决于旗子暗记或者是电源与返回路径之间的靠近程度,因此要考虑足够多的返回路径。

5、电源管脚和地管脚该当成对分配,每一个电源管脚都该当有对应的地管脚相邻分布,而且在这种引线构造中该当分配多个电源管脚和地管脚对。
这两方面的特色都将极大地降落电源和地之间的环路电感,有助于减少电源总线上的电压瞬变,从而降落EAdI。
由于习气上的缘故原由,现在市场上的许多汇芯片并没有完备遵照上述设计规则,但IC设计和生产厂商都深刻理解这种设计方法的优点,因而在新的IC芯片设计和发布时IC厂商更关注电源的连接。

6、空想情形下,须要为每一个旗子暗记管脚都分配一个相邻的旗子暗记返回管脚(如地管脚)。
实际情形并非如此,浩瀚的IC厂商是采取其他折中方法。
在BGA封装中,一种行之有效的设计方法是在每组八个旗子暗记管脚的中央设置一个旗子暗记的返回管脚,在这种管脚排列办法下,每一个旗子暗记与旗子暗记返回路径之间仅相差一个管脚的间隔。
而对付四方扁平封装(QFP)或者其他鸥翼(gullw切g)型封装形式的IC来说,在旗子暗记组的中央放置一个旗子暗记的返回路径是不现实的,即便这样也必须担保每隔4到6个管脚就放置一个旗子暗记返回管脚。
须要把稳的是,不同的汇工艺技能可能采取不同的旗子暗记返回电压。
有的IC利用地管脚(如TIL器件)作为旗子暗记的返回路径,而有的 IC则利用电源管脚(如绝大多数的ECI‘器件)作为旗子暗记的返回路径,也有的IC同时利用电源管脚和地管脚(比如大多数的CMoS器件)作为旗子暗记的返回路径。
因此设计工程师必须熟习设计中利用的IC芯片逻辑系列,理解它们的干系事情情形。

7、IC芯片中电源和地管脚的合理分布不仅能够降落EMI,而且可以极大地改进地弹反射效果。
当驱动传输线的器件试图将传输线下拉到逻辑低时,地弹反射却仍旧坚持该传输线在逻辑低闭值电平之上,地弹反射可能导致电路的失落效或者涌现故障。

末了:

IC 封装中另一个须要关注的主要问题是芯片内部的PCB设计,内部PCB常日也是IC封装中最大的组成部分,在内部PCB设计时如果能够实现电容和电感的严格掌握,将极大地改进系统的整体EMI性能。
如果这是一个两层的PCB板,至少哀求PCB板的一壁为连续的地平面层,PCB板的另一壁是电源和旗子暗记的布线层。
更空想的情形是四层的PCB板,中间的两层分别是电源和地平面层,表面的两层作为旗子暗记的布线层。
由于汇封装内部的PCB常日都非常薄,四层板构造的设计将引出两个高电容、低电感的布线层,它特殊适宜于电源分配以及须要严格掌握的进出该封装的输入输出旗子暗记。
低阻抗的平面层可以极大地降落电源总线亡的电压瞬变,从而极大地改进EMI性能。
这种受控的旗子暗记线不仅有利于降落EMI,同样对付确保进出汇的旗子暗记的完全性也起到主要的浸染。

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