Тексты и перевод шести текстов / текст5

Design countermeasures

Observe that in the second example the current flowing in the DC bus is 10 times less of the current in the first example, but the frequency is 15 times higher. With a ceramic by-pass capacitor, the solution is complicated because the frequency impedance characteristics of ceramic capacitors can be low - below 100 MHz - hut the most difficult thing is to find capacitors with low impedance as frequency increases. The new surface mount technology (SMT) capacitors possess better frequency-impedance characteristics. The ultimate solution is for the chip manufacturer to design the decoupling capacitors directly on the chip surface. However, this will decrease silicon yield, and chip manufacturers do not like to decrease silicon yield because of increased cost per device. They would rather let the circuit design engineers cope with EMC/EMT problems.

A laminar bus acts as an efficient, low inductance transmission line (poor antenna) which minimizes EMI radiation. Opposing currents moving in the two conductors reduce the associated magnetic fields to a very low value.

Multi-layer PC card technology allows the designers to lay out the DC bus so that the trace with the dielectric material and the ground plane is an efficient transmission line with the least impedance mismatch This configuration favors better decoupling of switching transients. Once the dielectric constant and the thickness of the PC glass are known, one is able to calculate how wide a PC trace must be in order to act as an efficient transmission line. The copper thickness determines the current-carrying capacity and the voltage drop. Such a laminar pair of DC buses makes a very poor transmitting antenna and the resulting EMI radiation will be low. Conversely it will, make a poor receiving antenna for EMI susceptibility.

Medium-size DC bus on PC mother board

When clock cards and data line driver cards are plugged into a PC mother board, the switching currents from the DC bus of the PC card carry high frequency sharp rising pulses onto the PC mother board DC bus. Because of its larger dimensions a DC bus on a large board can radiate more EMI. It also serves as a good receiving antenna for unwanted radiated EMI, distributing it to different cards and input terminals of gales and other components. Interference-capturing electronic devices with ECL circuits hay been known to designers for some time CMOS switching devices can create 100 times more havoc because of their ultra fast rise time and their larger voltage swing. With ECL logic the typical voltage swing is 0,8 volt. With CMOS technology the voltage swing can be as high as 2.5 volt. The current consumption is lower on CMOS devices, but since customers want better and faster performance with more options, the total current consumption doesn’t become less; it grows higher. Even staggering the switching times cannot lower the total EMI radiated (according to tile law of averages).

Decoupling board DC buses from card DC buses seems to help. Multiple plane PC board technology is another solution, but the cost goes up again. The design engineer has to become increasingly aware of EMC/EMI.

Контрмеры проекта

Замечают, что во втором примере ток, текущий в шине питания в 10 раз меньше тока в первом примере, но частота в 15 раз выше. С керамическим блокировочным конденсатором решение усложнено, потому что особенности импеданса частоты керамических конденсаторов могут быть низкими - ниже 100 МГц - но самое трудное - это найти конденсаторы с низким импедансом при увеличении частоты. Конденсаторы по новой технологии поверхностного монтажа (SMT) обладают лучшими частотно-импедансными характеристиками. Окончательное решение для изготовителя чипа - проектировать развязывающие конденсаторы непосредственно на поверхности чипа. Однако это уменьшит размер выработки кремния, и изготовители чипа делать это из-за возрастающей стоимости каждого устройства. Они предпочитают позволить инженерам-схемотехникам справляться с проблемами помех.

Пластинчатая шина действует как эффективная, низкоиндукционная линия передачи (плохая антенна), которая минимизирует излучения помех. Противопоставление токов, перемещающихся в эти двух проводников уменьшает связанные магнитные поля до очень низкой значений.

Технология многослойных печатных плат позволяет проектировщикам располагать шину питания так, чтобы слой с диэлектрическим материалом и заземляющим слоем был эффективной линией передачи с наименьшими потерями импеданса. Эта конфигурация помогает лучшему разъединению временных переключений. Как только диэлектрическая постоянная и толщина PC платы известны, каждый в состоянии вычислить, насколько широкий след PC должен быть, чтобы действовать как эффективная линия передачи. Толщина меди определяет пропускной ток и падение напряжения. Такая пластинчатая пара шин питания создает очень плохо передающую антенну и результирующее излучение помех будет мало. Наоборот это сделает плохую антенну для восприимчивости помех.

Шина питания среднего размера на материнской плате

Когда карты часов и карты водителя линии данных включены в кросс-плату PC, потоки переключения от автобуса постоянного тока карты PC несут высокочастотный импульс с крутым фронтом на шину питания материнской платы. Из-за больших размеров шина питания на большой плате может излучать больше помех. Также это служит хорошей принимающей антенной для нежелательных излученных помех, распределяя их по различным картам и входам затворов транзисторов и других компонентов. Помехоподавляющие электронные устройства с эмиттерно-связанной логикой известны проектировщикам в течение некоторого времени. Коммутирующиеся КМОП устройства могут создать в 100 раз больше опустошения из-за их очень быстрой длительности фронта и их большего перепада напряжения. С логикой ECL типичное колебание напряжения - 0,8 вт. С технологией КМОП перепад напряжения может быть столь же высоким как 2.5 вт. Текущее потребление ниже на устройствах КМОП, но так как покупатели хотят лучшую и более быструю работу с большим количеством вариантов, полное потребление тока не становится меньше; оно возрастает. Даже колебания времен переключения не могут понизить общие излученные помехи (согласно закону больших чисел).

Разъединение шин питания на плате от шин питания карты кажется, помогает. Многослойная технология плат PC - другое решение, но стоимость повышается снова. Инженеру проекта приходится все более опасаться помех.