PCB stacking is an important factor to determine EMC performance of products. Good layering can be very effective in reducing radiation from the PCB loop (differential mode emission), as well as from cables connected to the board (common mode emission).

On the other hand, a bad cascade can greatly increase the radiation of both mechanisms. Four factors are important for consideration of plate stacking:

1. Number of layers;

2. The number and type of layers used (power and/or ground);

3. Редът или последователността на слоевете;

4. Интервалът между слоевете.

Обикновено се взема предвид само броят на слоевете. In many cases, the other three factors are equally important, and the fourth is sometimes not even known to the PCB designer. Когато определяте броя на слоевете, имайте предвид следното:

1. Signal quantity and cost of wiring;

2. Frequency;

3. Does the product have to meet the launch requirements of Class A or Class B?

4. ПХБ е в екраниран или неекраниран корпус;

5. EMC engineering expertise of the design team.

Usually only the first term is considered. Indeed, all items were vital and should be considered equally. This last item is particularly important and should not be overlooked if optimal design is to be achieved in the least amount of time and cost.

A multilayer plate using a ground and/or power plane provides a significant reduction in radiation emission compared to a two-layer plate. Общо използвано правило е, че четирислойната плоча произвежда 15 dB по-малко излъчване от двупластовата, при всички други фактори са равни. A board with a flat surface is much better than a board without a flat surface for the following reasons:

1. Те позволяват сигналите да се пренасочват като микролентови линии (или линии на лента). These structures are controlled impedance transmission lines with much less radiation than the random wiring used on two-layer boards;

2. Земната равнина значително намалява импеданса на земята (и следователно шума от земята).

Въпреки че две плочи са успешно използвани в неекранирани заграждения с 20-25mhz, тези случаи са по-скоро изключение, отколкото правило. Above about 10-15mhz, multilayer panels should usually be considered.

There are five goals you should try to achieve when using a multilayer board. Те са:

1. The signal layer should always be adjacent to the plane;

2. Сигналният слой трябва да бъде плътно свързан (близо до) със съседната си равнина;

3, the power plane and the ground plane should be closely combined;

4, високоскоростният сигнал трябва да бъде погребан в линията между две равнини, самолетът може да играе екранираща роля и може да потисне излъчването на високоскоростна печатна линия;

5. Multiple grounding planes have many advantages because they will reduce the grounding (reference plane) impedance of the board and reduce common-mode radiation.

Като цяло, ние сме изправени пред избор между свързване сигнал/равнина близост (цел 2) и свързване мощност/земна равнина близост (цел 3). With conventional PCB construction techniques, the flat plate capacitance between the adjacent power supply and the ground plane is insufficient to provide sufficient decoupling below 500 MHz.

Therefore, decoupling must be addressed by other means, and we should generally choose a tight coupling between the signal and the current return plane. The advantages of tight coupling between the signal layer and the current return plane will outweigh the disadvantages caused by a slight loss of capacitance between the planes.

Eight layers is the minimum number of layers that can be used to achieve all five of these goals. Some of these goals will have to be compromised on four – and six-ply boards. При тези условия трябва да определите кои цели са най -важни за дизайна.

Горният параграф не трябва да се тълкува, че означава, че не можете да направите добър дизайн на ЕМС на четири- или шестстепенна платка, както можете. It just shows that not all objectives can be achieved at once and that some kind of compromise is required.

Since all desired EMC goals can be achieved with eight layers, there is no reason to use more than eight layers except to accommodate additional signal routing layers.

From a mechanical point of view, another ideal goal is to make the cross-section of the PCB board symmetrical (or balanced) to prevent warping.

For example, on an eight-layer board, if the second layer is a plane, then the seventh layer should also be a plane.

Therefore, all of the configurations presented here use symmetrical or balanced structures. If asymmetrical or unbalanced structures are allowed, it is possible to build other cascading configurations.

Four layer board

The most common four-layer plate structure is shown in Figure 1 (the power plane and ground plane are interchangeable). It consists of four evenly spaced layers with an internal power plane and a ground plane. These two external wiring layers usually have orthogonal wiring directions.

Although this construction is much better than double panels, it has some less desirable features.

За списъка с цели в част 1 този стек отговаря само на цел (1). If the layers are equally spaced, there is a large gap between the signal layer and the current return plane. Съществува и голяма разлика между равнината на захранване и равнината на земята.

За четирислойна дъска не можем да коригираме и двата дефекта едновременно, затова трябва да решим кой е най-важен за нас.

As mentioned earlier, the interlayer capacitance between the adjacent power supply and the ground plane is insufficient to provide adequate decoupling using conventional PCB manufacturing techniques.

Decoupling must be handled by other means, and we should choose a tight coupling between the signal and the current return plane. The advantages of tight coupling between the signal layer and the current return plane will outweigh the disadvantages of a slight loss of interlayer capacitance.

Therefore, the simplest way to improve the EMC performance of the four-layer plate is to bring the signal layer as close to the plane as possible. 10mil) и използва голяма диелектрична сърцевина между източника на захранване и заземяващата равнина (> 40mil), както е показано на фигура 2.

Това има три предимства и малко недостатъци. The signal loop area is smaller, so less differential mode radiation is generated. For the case of a 5mil interval between the wiring layer and the plane layer, a loop radiation reduction of 10dB or more can be achieved relative to an equally spaced stacked structure.

Второ, плътното свързване на сигналното окабеляване към земята намалява равнинния импеданс (индуктивност), като по този начин намалява общото излъчване на кабела, свързан към платката.

Third, the tight coupling of the wiring to the plane will reduce crosstalk between the wiring. For fixed cable spacing, crosstalk is proportional to the square of cable height. This is one of the easiest, cheapest, and most overlooked ways to reduce radiation from a four-layer PCB.

Чрез тази каскадна структура ние удовлетворяваме и двете цели (1) и (2).

What other possibilities are there for the four-layer laminated structure? Well, we can use a bit of an unconventional structure, namely switching the signal layer and plane layer in Figure 2 to produce the cascade shown in Figure 3A.

Основното предимство на това ламиниране е, че външната равнина осигурява екраниране за насочване на сигнала към вътрешния слой. Недостатъкът е, че заземителната плоскост може да бъде силно нарязана от компонентните подложки с висока плътност на печатната платка. This can be alleviated to some extent by reversing the plane, placing the power plane on the side of the element, and placing the ground plane on the other side of the board.

Second, some people don’t like having an exposed power plane, and third, buried signal layers make it difficult to rework the board. The cascade satisfies objective (1), (2), and partially satisfies objective (4).

Two of these three problems can be mitigated by a cascade as shown in Figure 3B, where the two outer planes are ground planes and the power supply is routed on the signal plane as wiring.Захранването трябва да бъде растерно насочено, като се използват широки следи в слоя сигнал.

Two additional advantages of this cascade are:

(1) Двете заземяващи равнини осигуряват много по-нисък импеданс на земята, като по този начин намаляват излъчването на кабел с общ режим;

(2) The two ground planes can be sewn together at the periphery of the plate to seal all signal traces in a Faraday cage.

From an EMC point of view, this layering, if done well, may be the best layering of a four-layer PCB. Now we have met goals (1), (2), (4) and (5) with only one four-layer board.

Figure 4 shows a fourth possibility, not the usual one, but one that can perform well. Това е подобно на Фигура 2, но заземяващата равнина се използва вместо плоскостта на захранването и захранването действа като следа върху сигналния слой за окабеляване.

This cascade overcomes the aforementioned rework problem and also provides low ground impedance due to the two ground planes. However, these planes do not provide any shielding. Тази конфигурация отговаря на цели (1), (2) и (5), но не отговаря на цели (3) или (4).

Така че, както можете да видите, има повече възможности за четирислойно наслояване, отколкото първоначално си мислите, и е възможно да постигнем четири от нашите пет цели с четирислойна PCBS. From an EMC point of view, the layering of Figures 2, 3b, and 4 all work well.

6 layer board

Повечето шестослойни платки се състоят от четири слоя за сигнално окабеляване и два равнинни слоя, а шестслойните платки обикновено превъзхождат четирислойните платки от гледна точка на ЕМС.

Фигура 5 показва каскадна структура, която не може да се използва на шестослойна платка.

These planes do not provide shielding for the signal layer, and two of the signal layers (1 and 6) are not adjacent to a plane. This arrangement only works if all the high frequency signals are routed at layers 2 and 5, and only very low frequency signals, or better yet, no signal wires at all (just solder pads) are routed at layers 1 and 6.

If used, any unused areas on floors 1 and 6 should be paved and viAS attached to the main floor in as many locations as possible.

Тази конфигурация удовлетворява само една от първоначалните ни цели (цел 3).

С наличните шест слоя, принципът на осигуряване на два погребани слоя за високоскоростни сигнали (както е показано на фигура 3) се прилага лесно, както е показано на фигура 6. Тази конфигурация също така осигурява два повърхностни слоя за нискоскоростни сигнали.

Това е може би най-често срещаната шестослойна структура и може да бъде много ефективна при контролиране на електромагнитното излъчване, ако е направено добре. This configuration satisfies goal 1,2,4, but not goal 3,5. Its main disadvantage is the separation of power plane and ground plane.

Поради това разделение няма много междуплоскостен капацитет между силовата равнина и заземяващата равнина, така че трябва да се предприеме внимателно проектиране на отделяне, за да се справи с тази ситуация. For more information on decoupling, see our Decoupling technique tips.

Почти идентична, добре поддържана шестослойна ламинирана структура е показана на фигура 7.

H1 представлява хоризонталния маршрутен слой на сигнал 1, V1 представлява вертикалния маршрутен слой на сигнал 1, H2 и V2 представляват същото значение за сигнал 2, а предимството на тази структура е, че ортогоналните маршрутни сигнали винаги се отнасят до една и съща равнина.

За да разберете защо това е важно, вижте раздела за равнините сигнал-референция в част 6. Недостатъкът е, че сигналите от слой 1 и слой 6 не са екранирани.

Следователно, сигналният слой трябва да бъде много близо до съседната си равнина и трябва да се използва по -дебел слой от средната сърцевина, за да се компенсира необходимата дебелина на плочата. Типичното разстояние между плочите с дебелина 0.060 инча вероятно ще бъде 0.005 “/ 0.005”/ 0.040 “/ 0.005”/ 0.005 “/ 0.005”. Тази структура отговаря на цели 1 и 2, но не и на цели 3, 4 или 5.

Друга шестослойна плоча с отлично представяне е показана на Фигура 8. Той осигурява два сигнално заровени слоя и съседни силови и наземни равнини, за да отговори на всичките пет цели. Най -големият недостатък обаче е, че има само два слоя окабеляване, така че не се използва много често.

Шестослойната плоча е по -лесна за постигане на добра електромагнитна съвместимост, отколкото четирислойната плоча. Също така имаме предимството на четири слоя за маршрутизиране на сигнала, вместо да бъдем ограничени до два.

As was the case with the four-layer circuit board, the six-layer PCB met four of our five goals. Всичките пет цели могат да бъдат постигнати, ако се ограничим до два слоя за маршрутизиране на сигнала. Всички структури на Фигура 6, Фигура 7 и Фигура 8 работят добре от гледна точка на ЕМС.