PCB التراص هو عامل مهم لتحديد أداء EMC للمنتجات. يمكن أن تكون الطبقات الجيدة فعالة جدًا في تقليل الإشعاع من حلقة PCB (انبعاث الوضع التفاضلي) ، وكذلك من الكابلات المتصلة باللوحة (انبعاث الوضع الشائع).

من ناحية أخرى ، يمكن أن يؤدي التسلسل السيئ إلى زيادة إشعاع كلا الآليتين بشكل كبير. هناك أربعة عوامل مهمة للنظر في تكديس الألواح:

1. عدد الطبقات.

2. عدد ونوع الطبقات المستخدمة (الطاقة و / أو الأرض) ؛

3. ترتيب أو تسلسل الطبقات.

4. الفاصل الزمني بين الطبقات.

عادة ما يتم النظر في عدد الطبقات فقط. في كثير من الحالات ، تكون العوامل الثلاثة الأخرى متساوية في الأهمية ، والرابع لا يعرف أحيانًا حتى مصمم ثنائي الفينيل متعدد الكلور. عند تحديد عدد الطبقات ، ضع في اعتبارك ما يلي:

1. كمية الإشارة وتكلفة الأسلاك.

2. التردد.

3. هل يجب أن يفي المنتج بمتطلبات الإطلاق للفئة A أو الفئة B؟

4. ثنائي الفينيل متعدد الكلور في غلاف محمي أو غير محمي.

5. الخبرة الهندسية EMC لفريق التصميم.

عادة ما يتم النظر في المصطلح الأول فقط. في الواقع ، كانت جميع البنود حيوية وينبغي النظر فيها على قدم المساواة. هذا العنصر الأخير مهم بشكل خاص ولا ينبغي إغفاله إذا أريد تحقيق التصميم الأمثل في أقل قدر من الوقت والتكلفة.

توفر الصفيحة متعددة الطبقات التي تستخدم مستوى الأرض و / أو الطاقة انخفاضًا كبيرًا في انبعاث الإشعاع مقارنةً باللوحة المكونة من طبقتين. القاعدة العامة المستخدمة هي أن اللوح المكون من أربع طبقات ينتج إشعاعًا أقل بمقدار 15 ديسيبل من اللوح المكون من طبقتين ، وتكون جميع العوامل الأخرى متساوية. اللوح ذو السطح المستوي أفضل بكثير من اللوح بدون سطح مستوٍ للأسباب التالية:

1. أنها تسمح بتوجيه الإشارات كخطوط microstrip (أو خطوط الشريط). يتم التحكم في هذه الهياكل بخطوط نقل مقاومة مع إشعاع أقل بكثير من الأسلاك العشوائية المستخدمة في الألواح المكونة من طبقتين ؛

2. يقلل مستوى الأرض بشكل كبير من مقاومة الأرض (وبالتالي ضوضاء الأرض).

على الرغم من استخدام لوحين بنجاح في حاويات غير محمية من 20-25 ميجا هرتز ، فإن هذه الحالات هي الاستثناء وليست القاعدة. أعلى من حوالي 10-15 ميجا هرتز ، يجب عادةً النظر في الألواح متعددة الطبقات.

هناك خمسة أهداف يجب أن تحاول تحقيقها عند استخدام لوحة متعددة الطبقات. وهي:

1. يجب أن تكون طبقة الإشارة دائمًا مجاورة للمستوى ؛

2. يجب أن تكون طبقة الإشارة مرتبطة بإحكام (قريبة من) من المستوى المجاور لها ؛

3 ، يجب الجمع بين طائرة الطاقة والطائرة الأرضية بشكل وثيق ؛

4 ، يجب دفن الإشارة عالية السرعة في الخط الفاصل بين طائرتين ، ويمكن للطائرة أن تلعب دور التدريع ، ويمكنها قمع إشعاع الخط المطبوع عالي السرعة ؛

5. تتميز طائرات التأريض المتعددة بالعديد من المزايا لأنها تقلل من مقاومة الأرضية (المستوى المرجعي) للوحة وتقلل من إشعاع الوضع الشائع.

بشكل عام ، نواجه خيارًا بين اقتران القرب بين الإشارة / المستوي (الهدف 2) واقتران القرب من مستوى القدرة / الأرض (الهدف 3). مع تقنيات بناء ثنائي الفينيل متعدد الكلور التقليدية ، فإن سعة اللوحة المسطحة بين مصدر الطاقة المجاور والمستوى الأرضي غير كافية لتوفير فصل كافٍ أقل من 500 ميجاهرتز.

لذلك ، يجب معالجة الفصل بوسائل أخرى ، ويجب أن نختار عمومًا اقترانًا محكمًا بين الإشارة ومستوى العودة الحالي. سوف تفوق مزايا الاقتران المحكم بين طبقة الإشارة ومستوى العودة الحالي العيوب الناتجة عن فقدان طفيف في السعة بين الطائرات.

ثماني طبقات هي الحد الأدنى لعدد الطبقات التي يمكن استخدامها لتحقيق كل هذه الأهداف الخمسة. يجب التنازل عن بعض هذه الأهداف في لوحات من أربع وست طبقات. في ظل هذه الظروف ، يجب عليك تحديد الأهداف الأكثر أهمية للتصميم المطروح.

لا ينبغي تفسير الفقرة أعلاه على أنها تعني أنه لا يمكنك القيام بتصميم EMC جيد على لوحة من أربعة – أو ستة مستويات ، كما يمكنك. إنه يوضح فقط أنه لا يمكن تحقيق جميع الأهداف في وقت واحد وأن هناك حاجة إلى نوع من التسوية.

نظرًا لأنه يمكن تحقيق جميع أهداف التوافق الكهرومغناطيسي المرغوبة من خلال ثماني طبقات ، فلا يوجد سبب لاستخدام أكثر من ثماني طبقات إلا لاستيعاب طبقات توجيه الإشارة الإضافية.

من وجهة نظر ميكانيكية ، فإن الهدف المثالي الآخر هو جعل المقطع العرضي للوحة PCB متماثلًا (أو متوازنًا) لمنع الالتواء.

على سبيل المثال ، على لوحة من ثماني طبقات ، إذا كانت الطبقة الثانية مستوية ، فيجب أن تكون الطبقة السابعة أيضًا مستويًا.

لذلك ، تستخدم جميع التكوينات المعروضة هنا هياكل متناظرة أو متوازنة. إذا تم السماح بالهياكل غير المتكافئة أو غير المتوازنة ، فمن الممكن بناء تكوينات متتالية أخرى.

لوحة من أربع طبقات

يظهر الشكل 1 الأكثر شيوعًا بنية اللوحة المكونة من أربع طبقات (مستوى الطاقة والمستوى الأرضي قابلان للتبادل). يتكون من أربع طبقات متباعدة بشكل متساوٍ مع مستوى طاقة داخلي ومستوى أرضي. عادةً ما يكون لهاتان الطبقتان الخارجيتان اتجاهات أسلاك متعامدة.

على الرغم من أن هذا البناء أفضل بكثير من الألواح المزدوجة ، إلا أنه يحتوي على بعض الميزات غير المرغوب فيها.

بالنسبة لقائمة الأهداف في الجزء 1 ، تلبي هذه الحزمة الهدف (1) فقط. إذا كانت الطبقات متباعدة بشكل متساوٍ ، فهناك فجوة كبيرة بين طبقة الإشارة ومستوى العودة الحالي. هناك أيضًا فجوة كبيرة بين مستوى الطاقة والمستوى الأرضي.

بالنسبة للوحة المكونة من أربع طبقات ، لا يمكننا تصحيح كلا العيبين في نفس الوقت ، لذلك يجب أن نقرر أيهما أكثر أهمية بالنسبة لنا.

كما ذكرنا سابقًا ، فإن السعة البينية بين مصدر الطاقة المجاور والمستوى الأرضي غير كافية لتوفير فصل مناسب باستخدام تقنيات تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور التقليدية.

يجب التعامل مع الفصل بوسائل أخرى ، ويجب أن نختار اقترانًا محكمًا بين الإشارة ومستوى العودة الحالي. ستفوق مزايا الاقتران المحكم بين طبقة الإشارة ومستوى العودة الحالي عيوب الخسارة الطفيفة في سعة الطبقة البينية.

لذلك ، فإن أبسط طريقة لتحسين أداء التوافق الكهرومغناطيسي للوحة رباعية الطبقات هي تقريب طبقة الإشارة من المستوى قدر الإمكان. 10mil) ، ويستخدم نواة عازلة كبيرة بين مصدر الطاقة والمستوى الأرضي (> 40 مل) ، كما هو موضح في الشكل 2.

هذا له ثلاث مزايا وعيوب قليلة. تكون منطقة حلقة الإشارة أصغر ، لذلك يتم إنشاء إشعاع وضع تفاضلي أقل. في حالة وجود فاصل 5 ميل بين طبقة الأسلاك والطبقة المستوية ، يمكن تحقيق تقليل إشعاع الحلقة بمقدار 10 ديسيبل أو أكثر بالنسبة إلى بنية مكدسة متباعدة بشكل متساوٍ.

ثانيًا ، يقلل الاقتران المحكم لأسلاك الإشارة بالأرض من الممانعة المستوية (الحث) ، مما يقلل من إشعاع الوضع الشائع للكابل المتصل باللوحة.

ثالثًا ، سيقلل اقتران الأسلاك بالطائرة من التشويش بين الأسلاك. بالنسبة لتباعد الكابلات الثابتة ، يتناسب الحديث المتبادل مع مربع ارتفاع الكابل. هذه واحدة من أسهل الطرق وأرخصها وأكثرها إغفالًا لتقليل الإشعاع من ثنائي الفينيل متعدد الكلور رباعي الطبقات.

من خلال هيكل التسلسل هذا ، نلبي كلا الهدفين (1) و (2).

ما هي الاحتمالات الأخرى الموجودة للهيكل الرقائقي المكون من أربع طبقات؟ حسنًا ، يمكننا استخدام القليل من البنية غير التقليدية ، أي تبديل طبقة الإشارة وطبقة المستوى في الشكل 2 لإنتاج التسلسل الموضح في الشكل 3 أ.

الميزة الرئيسية لهذا التصفيح هي أن المستوى الخارجي يوفر الحماية لتوجيه الإشارة على الطبقة الداخلية. العيب هو أن المستوى الأرضي قد يتم قطعه بشدة بواسطة وسادات المكونات عالية الكثافة الموجودة على ثنائي الفينيل متعدد الكلور. يمكن تخفيف ذلك إلى حد ما عن طريق عكس المستوى ، ووضع مستوى القدرة على جانب العنصر ، ووضع مستوى الأرض على الجانب الآخر من اللوحة.

ثانيًا ، لا يحب بعض الأشخاص وجود مستوى طاقة مكشوف ، وثالثًا ، تجعل طبقات الإشارة المدفونة من الصعب إعادة صياغة اللوحة. تحقق السلسلة الهدف (1) ، (2) ، وتفي جزئيًا بالهدف (4).

يمكن التخفيف من اثنتين من هذه المشاكل الثلاث من خلال سلسلة كما هو موضح في الشكل 3 ب ، حيث تكون الطائرتان الخارجيتان عبارة عن طائرات أرضية ويتم توجيه مصدر الطاقة على مستوى الإشارة كسلك.يجب أن يتم توجيه مصدر الطاقة باستخدام خطوط عريضة في طبقة الإشارة.

ميزتان إضافيتان لهذا التعاقب هما:

(1) توفر الطائرتان الأرضيتان مقاومة أرضية أقل بكثير ، مما يقلل من إشعاع كابل الوضع الشائع ؛

(2) يمكن حياكة المستويين الأرضي معًا في محيط اللوحة لإغلاق جميع آثار الإشارة في قفص فاراداي.

من وجهة نظر EMC ، قد تكون هذه الطبقات ، إذا تم إجراؤها جيدًا ، أفضل طبقات ثنائي الفينيل متعدد الكلور من أربع طبقات. لقد حققنا الآن الأهداف (1) و (2) و (4) و (5) بلوحة واحدة من أربع طبقات فقط.

يوضح الشكل 4 الاحتمال الرابع ، وليس الاحتمال المعتاد ، ولكن يمكن أن يؤدي بشكل جيد. هذا مشابه للشكل 2 ، ولكن يتم استخدام المستوى الأرضي بدلاً من مستوى الطاقة ، ويعمل مصدر الطاقة كتتبع على طبقة الإشارة الخاصة بالأسلاك.

يتغلب هذا الشلال على مشكلة إعادة العمل المذكورة أعلاه ويوفر أيضًا مقاومة أرضية منخفضة بسبب المستويين الأرضي. ومع ذلك ، فإن هذه الطائرات لا توفر أي حماية. يلبي هذا التكوين الأهداف (1) و (2) و (5) ، لكنه لا يلبي الأهداف (3) أو (4).

لذا ، كما ترى ، هناك خيارات أكثر للطبقات ذات الأربع طبقات أكثر مما قد تعتقد في البداية ، ومن الممكن تحقيق أربعة من أهدافنا الخمسة باستخدام PCBS المكون من أربع طبقات. من وجهة نظر التوافق الكهرومغناطيسي ، فإن طبقات الأشكال 2 و 3 ب و 4 تعمل بشكل جيد.

6 طبقة المجلس

تتكون معظم اللوحات المكونة من ست طبقات من أربع طبقات توصيل إشارة وطبقتين مستويتين ، وتتفوق اللوحات ذات الست طبقات عمومًا على الألواح المكونة من أربع طبقات من منظور EMC.

يوضح الشكل 5 بنية متتالية لا يمكن استخدامها على لوحة من ست طبقات.

لا توفر هذه المستويات تدريعًا لطبقة الإشارة ، وطبقتان من طبقات الإشارة (1 و 6) ليستا متجاورتين لمستوى. يعمل هذا الترتيب فقط إذا تم توجيه جميع الإشارات عالية التردد في الطبقتين 2 و 5 ، وفقط إشارات التردد المنخفض جدًا ، أو الأفضل من ذلك ، لا يتم توجيه أسلاك الإشارة على الإطلاق (فقط منصات اللحام) في الطبقتين 1 و 6.

في حالة استخدامها ، يجب رصف أي مناطق غير مستخدمة في الطابقين 1 و 6 وإلحاق viAS بالطابق الرئيسي في أكبر عدد ممكن من المواقع.

يلبي هذا التكوين هدفًا واحدًا فقط من أهدافنا الأصلية (الهدف 3).

مع توفر ست طبقات ، يتم بسهولة تنفيذ مبدأ توفير طبقتين مدفونتين للإشارات عالية السرعة (كما هو موضح في الشكل 3) ، كما هو موضح في الشكل 6. يوفر هذا التكوين أيضًا طبقتين سطحيتين للإشارات منخفضة السرعة.

ربما يكون هذا هو الهيكل الأكثر شيوعًا المكون من ست طبقات ويمكن أن يكون فعالًا جدًا في التحكم في الانبعاث الكهرومغناطيسي إذا تم إجراؤه بشكل جيد. هذا التكوين يلبي الهدف 1,2,4،3,5،XNUMX ، ولكن ليس الهدف XNUMX،XNUMX. عيبه الرئيسي هو الفصل بين مستوى الطاقة والمستوى الأرضي.

بسبب هذا الفصل ، لا يوجد الكثير من السعة البينية بين مستوى الطاقة والمستوى الأرضي ، لذلك يجب إجراء تصميم فصل دقيق للتعامل مع هذا الموقف. لمزيد من المعلومات حول الفصل ، راجع نصائح تقنية الفصل الخاصة بنا.

يظهر الشكل 7 بنية مغلفة متطابقة تقريبًا وحسنة التصرف من ست طبقات.

تمثل H1 طبقة التوجيه الأفقية للإشارة 1 ، وتمثل V1 طبقة التوجيه الرأسية للإشارة 1 ، وتمثل H2 و V2 نفس المعنى للإشارة 2 ، وميزة هذه البنية هي أن إشارات التوجيه المتعامدة تشير دائمًا إلى نفس المستوى.

لفهم سبب أهمية ذلك ، راجع القسم الخاص بمستويات الإشارة إلى المرجع في الجزء 6. العيب هو أن إشارات الطبقة 1 والطبقة 6 ليست محمية.

لذلك ، يجب أن تكون طبقة الإشارة قريبة جدًا من المستوى المجاور لها ، ويجب استخدام طبقة مركزية أكثر سمكًا لتعويض سماكة اللوحة المطلوبة. من المرجح أن يكون التباعد النموذجي للصفائح السميكة 0.060 بوصة 0.005 “/ 0.005” / 0.040 “/ 0.005” / 0.005 “/ 0.005”. يفي هذا الهيكل بالهدفين 1 و 2 ، لكن ليس الهدفين 3 أو 4 أو 5.

يظهر الشكل 8 لوحة أخرى من ست طبقات ذات أداء ممتاز. إنه يوفر طبقتين مدفونتين بالإشارة وطائرات طاقة وأرض متجاورة لتلبية جميع الأهداف الخمسة. ومع ذلك ، فإن العيب الأكبر هو أنه يحتوي على طبقتين فقط من الأسلاك ، لذلك لا يتم استخدامه كثيرًا.

تعتبر اللوحة المكونة من ست طبقات أسهل في الحصول على توافق كهرومغناطيسي جيد من اللوحة المكونة من أربع طبقات. لدينا أيضًا ميزة أربع طبقات لتوجيه الإشارة بدلاً من أن تكون مقيدًا بطبقتين.

كما كان الحال مع لوحة الدائرة ذات الأربع طبقات ، حقق ثنائي الفينيل متعدد الكلور المكون من ست طبقات أربعة من أهدافنا الخمسة. يمكن تحقيق جميع الأهداف الخمسة إذا اقتصرنا على طبقتين لتوجيه الإشارة. تعمل الهياكل في الشكل 6 والشكل 7 والشكل 8 بشكل جيد من منظور التوافق الكهرومغناطيسي.