PCB stacking is an important factor to determine EMC performance of products. Dobra slojevitost može biti vrlo učinkovita u smanjenju zračenja iz PCB petlje (emisija u diferencijalnom načinu rada), kao i iz kabela spojenih na ploču (emisija u uobičajenom načinu rada).

S druge strane, loša kaskada može uvelike povećati zračenje oba mehanizma. Četiri faktora su važna za razmatranje slaganja ploča:

1. Broj slojeva;

2. Broj i vrsta korištenih slojeva (snaga i/ili uzemljenje);

3. Redoslijed ili slijed slojeva;

4. Interval između slojeva.

Obično se uzima u obzir samo broj slojeva. U mnogim slučajevima, ostala tri faktora su jednako važna, a četvrti dizajneru PCB -a ponekad nije ni poznat. Prilikom određivanja broja slojeva uzmite u obzir sljedeće:

1. Količina signala i cijena ožičenja;

2. Frequency;

3. Mora li proizvod ispunjavati zahtjeve za lansiranje klase A ili klase B?

4. PCB je u zaštićenom ili nezaštićenom kućištu;

5. EMC engineering expertise of the design team.

Obično se uzima u obzir samo prvi pojam. Zaista, sve su stavke bile vitalne i treba ih smatrati jednako. 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.

Višeslojna ploča koja koristi uzemljenje i/ili ravninu napajanja pruža značajno smanjenje emisije zračenja u odnosu na dvoslojnu ploču. Opšte pravilo koje se koristi je da četveroslojna ploča proizvodi 15dB manje zračenja od dvoslojne ploče, pri čemu su svi drugi faktori jednaki. A board with a flat surface is much better than a board without a flat surface for the following reasons:

1. Omogućuju usmjeravanje signala kao mikrotrakasta linija (ili linija vrpce). These structures are controlled impedance transmission lines with much less radiation than the random wiring used on two-layer boards;

2. Ravan tla značajno smanjuje impedanciju tla (a time i buku u tlu).

Iako su dvije ploče uspješno korištene u neoklopljenim kućištima od 20-25mhz, ovi slučajevi su prije izuzetak nego pravilo. Above about 10-15mhz, multilayer panels should usually be considered.

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

1. Signalni sloj treba uvijek biti u blizini ravnine;

2. Signalni sloj treba biti čvrsto spojen (blizu) sa svojom susjednom ravninom;

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

4, signal velike brzine trebao bi biti ukopan u liniju između dvije ravnine, avion može igrati ulogu zaštite i može potisnuti zračenje ispisane linije velike brzine;

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

Općenito, suočeni smo s izborom između sprezanja blizine signal/ravnina (Cilj 2) i Povezivanja snage/ravnine zemlje (cilj 3). Uz konvencionalne tehnike izgradnje PCB -a, kapacitet ravne ploče između susjednog napajanja i uzemljenja nije dovoljan da osigura dovoljno razdvajanje ispod 500 MHz.

Stoga se razdvajanje mora riješiti na druge načine, i općenito bismo trebali izabrati usku spregu između signala i trenutne povratne ravnine. Prednosti uskog povezivanja između signalnog sloja i trenutne povratne ravnine nadmašit će nedostatke uzrokovane blagim gubitkom kapacitivnosti između ravnina.

Eight layers is the minimum number of layers that can be used to achieve all five of these goals. Neki od ovih ciljeva morat će biti ugroženi na četvero- i šestoslojnim pločama. Pod ovim uvjetima, morate odrediti koji su ciljevi najvažniji za dizajn koji je pred vama.

Gornji odlomak ne treba tumačiti tako da znači da ne možete napraviti dobar EMC dizajn na četvero- ili šestoslojnoj ploči, kao što možete. 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.

Na primjer, na osmoslojnoj ploči, ako je drugi sloj ravnina, tada bi sedmi sloj trebao biti i ravnina.

Stoga sve ovdje prikazane konfiguracije koriste simetrične ili uravnotežene strukture. If asymmetrical or unbalanced structures are allowed, it is possible to build other cascading configurations.

Four layer board

Najčešća četveroslojna struktura ploča prikazana je na slici 1 (ravnina napajanja i ravnina uzemljenja su zamjenjive). 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.

Za listu ciljeva u 1. dijelu, ovaj hrpa zadovoljava samo cilj (1). If the layers are equally spaced, there is a large gap between the signal layer and the current return plane. Postoji i veliki jaz između ravnine snage i ravnine tla.

Za četveroslojnu ploču ne možemo istovremeno ispraviti oba nedostatka, pa moramo odlučiti koja nam je najvažnija.

Kao što je ranije spomenuto, međuslojni kapacitet između susjednog izvora napajanja i uzemljenja nije dovoljan da osigura adekvatno razdvajanje korištenjem konvencionalnih tehnika proizvodnje PCB -a.

Razdvajanje se mora obaviti na druge načine, a mi bismo trebali odabrati čvrsto spajanje između signala i trenutne povratne ravnine. 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.

Stoga je najjednostavniji način poboljšanja EMC performansi četveroslojne ploče približavanje sloja signala što je moguće bliže ravnini. 10mil) i koristi veliko dielektrično jezgro između izvora napajanja i uzemljenja (> 40mil), kao što je prikazano na slici 2.

Ovo ima tri prednosti i nekoliko nedostataka. Područje signalne petlje je manje, pa se stvara manje diferencijalnog zračenja. 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.

Drugo, čvrsto spajanje signalnog ožičenja na tlo smanjuje ravninsku impedanciju (induktivitet), čime se smanjuje zajedničko-modalno zračenje kabela spojenog na ploču.

Treće, čvrsto spajanje ožičenja na ravninu smanjit će preslušavanje između ožičenja. For fixed cable spacing, crosstalk is proportional to the square of cable height. Ovo je jedan od najjednostavnijih, najjeftinijih i najviše zanemarenih načina za smanjenje zračenja četveroslojne PCB-a.

Ovom kaskadnom strukturom zadovoljavamo oba cilja (1) i (2).

Koje druge mogućnosti postoje za četveroslojnu laminiranu strukturu? 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.

Glavna prednost ove laminacije je ta što vanjska ravnina pruža zaštitu za usmjeravanje signala na unutarnjem sloju. Nedostatak je što ravninu uzemljenja mogu jako presjeći jastučići sa komponentama velike gustoće na PCB-u. 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.

Drugo, neki ljudi ne vole imati izloženu ravninu napajanja, a treće, zakopani slojevi signala otežavaju prepravku ploče. Kaskada zadovoljava cilj (1), (2) i djelomično zadovoljava cilj (4).

Dva od ova tri problema mogu se ublažiti kaskadom kao što je prikazano na slici 3B, gdje su dvije vanjske ravnine uzemljene, a napajanje se usmjerava na signalnu ravninu kao ožičenje.Napajanje mora biti rasterski usmjereno pomoću širokih tragova u sloju signala.

Dvije dodatne prednosti ove kaskade su:

(1) Dvije uzemljene ravnine pružaju znatno nižu impedanciju tla, smanjujući na taj način zajedničko-modalno zračenje kabela;

(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. Sada smo ispunili ciljeve (1), (2), (4) i (5) sa samo jednom četveroslojnom pločom.

Figure 4 shows a fourth possibility, not the usual one, but one that can perform well. Ovo je slično slici 2, ali se ravnina uzemljenja koristi umjesto ravnine napajanja, a napajanje djeluje kao trag na signalnom sloju za ožičenje.

Ova kaskada prevladava gore spomenuti problem prepravke i također pruža nisku impedanciju tla zbog dvije ravnine tla. Međutim, ti avioni ne pružaju nikakvu zaštitu. Ova konfiguracija zadovoljava ciljeve (1), (2) i (5), ali ne zadovoljava ciljeve (3) ili (4).

Dakle, kao što vidite, postoji više mogućnosti za četveroslojno nanošenje slojeva nego što ste u početku mislili, a moguće je ispuniti četiri od naših pet ciljeva s četveroslojnim PCBS-om. S gledišta EMC -a, slojevitost slika 2, 3b i 4 dobro funkcionira.

6 -slojna ploča

Većina šestoslojnih ploča sastoji se od četiri sloja signalnog ožičenja i dva ravna sloja, a šestoslojne ploče općenito su superiornije od četveroslojnih ploča iz EMC perspektive.

Slika 5 prikazuje kaskadnu strukturu koja se ne može koristiti na šestoslojnoj ploči.

Ove ravnine ne pružaju zaštitu za signalni sloj, a dva signalna sloja (1 i 6) nisu u blizini ravni. Ovaj raspored funkcionira samo ako su svi visokofrekventni signali usmjereni na slojeve 2 i 5, a samo signali vrlo niske frekvencije, ili još bolje, uopće nema signalnih žica (samo lemne ploče) na slojevima 1 i 6.

Ako se koriste, sve neiskorištene površine na 1. i 6. katu treba popločati i viAS pričvrstiti na glavni kat na što je moguće više lokacija.

Ova konfiguracija zadovoljava samo jedan od naših prvotnih ciljeva (cilj 3).

Sa šest raspoloživih slojeva, princip osiguravanja dva ukopana sloja za signale velike brzine (kao što je prikazano na slici 3) lako se provodi, kao što je prikazano na slici 6. Ova konfiguracija također pruža dva površinska sloja za signale male brzine.

Ovo je vjerojatno najčešća šestoslojna struktura i može biti vrlo učinkovita u kontroli elektromagnetske emisije ako se dobro uradi. Ova konfiguracija zadovoljava cilj 1,2,4, ali ne i cilj 3,5. Its main disadvantage is the separation of power plane and ground plane.

Zbog tog odvajanja, nema velikog međukanalnog kapaciteta između ravnine napajanja i ravnine zemlje, pa je potrebno poduzeti pažljivo projektiranje razdvajanja kako bi se nosili s ovom situacijom. Za više informacija o razdvajanju pogledajte naše savjete o tehnici razdvajanja.

Gotovo identična, dobro ponašana šestoslojna lamelirana struktura prikazana je na slici 7.

H1 predstavlja horizontalni sloj usmjeravanja signala 1, V1 predstavlja vertikalni sloj usmjeravanja signala 1, H2 i V2 predstavljaju isto značenje za signal 2, a prednost ove strukture je što se ortogonalni signali usmjeravanja uvijek odnose na istu ravninu.

Da biste razumjeli zašto je to važno, pogledajte odjeljak o signalno-referentnim ravninama u 6. dijelu. Nedostatak je što signali sloja 1 i sloja 6 nisu zaštićeni.

Zbog toga bi signalni sloj trebao biti vrlo blizu susjedne ravnine, a deblji sloj srednje jezgre trebao bi se upotrijebiti za dobivanje potrebne debljine ploče. Tipičan razmak između ploča debljine 0.060 inča vjerovatno će biti 0.005 “/ 0.005″/ 0.040 “/ 0.005″/ 0.005 “/ 0.005”. Ova struktura zadovoljava ciljeve 1 i 2, ali ne i ciljeve 3, 4 ili 5.

Još jedna šestoslojna ploča s izvrsnim performansama prikazana je na slici 8. Pruža dva sloja ukopana u signal i susjedne energetske i zemaljske ravnine kako bi ispunila svih pet ciljeva. Međutim, najveći nedostatak je to što ima samo dva sloja ožičenja, pa se ne koristi često.

Šesteroslojnu ploču lakše je postići dobru elektromagnetsku kompatibilnost nego četveroslojnu ploču. Također imamo prednost četiri sloja usmjeravanja signala umjesto da smo ograničeni na dva.

Kao što je bio slučaj s četveroslojnom pločom, šestoslojna PCB ispunila je četiri od naših pet ciljeva. Svih pet ciljeva može se postići ako se ograničimo na dva sloja usmjeravanja signala. Sve strukture na slikama 6, 7 i 8 dobro funkcioniraju iz EMC perspektive.