PCB l’apilament és un factor important per determinar el rendiment EMC dels productes. 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).

D’altra banda, una mala cascada pot augmentar considerablement la radiació d’ambdós mecanismes. Quatre factors són importants per tenir en compte l’apilament de plaques:

1. Nombre de capes;

2. El nombre i el tipus de capes utilitzades (alimentació i / o terra);

3. L’ordre o seqüència de capes;

4. L’interval entre capes.

Normalment només es té en compte el nombre de capes. En molts casos, els altres tres factors són igualment importants, i el quart de vegades ni tan sols és conegut pel dissenyador de PCB. A l’hora de determinar el nombre de capes, tingueu en compte el següent:

1. Quantitat de senyal i cost del cablejat;

2. Freqüència;

3. El producte ha de complir els requisits de llançament de la classe A o la classe B?

4. El PCB es troba en una carcassa blindada o no blindada;

5. EMC engineering expertise of the design team.

Normalment només es té en compte el primer terme. De fet, tots els ítems eren vitals i s’haurien de considerar per igual. Aquest darrer element és particularment important i no s’ha d’oblidar si s’aconsegueix un disseny òptim en el menor temps i cost.

Una placa multicapa que utilitza un pla de terra i / o potència proporciona una reducció significativa de l’emissió de radiació en comparació amb una placa de dues capes. Una regla general que es fa servir és que una placa de quatre capes produeix una radiació de 15 dB menys que una placa de dues capes, essent iguals els altres factors. Un tauler amb una superfície plana és molt millor que un tauler sense una superfície plana pels motius següents:

1. Permeten encaminar els senyals com a línies de microcinta (o línies de cinta). Aquestes estructures són línies de transmissió d’impedància controlada amb molta menys radiació que el cablejat aleatori utilitzat a les plaques de dues capes;

2. El pla de terra redueix significativament la impedància del sòl (i, per tant, el soroll del sòl).

Tot i que s’han utilitzat amb èxit dues plaques en recintes no blindats de 20-25 MHz, aquests casos són l’excepció més que la regla. Per sobre d’uns 10-15 MHz, normalment s’han de considerar els panells multicapa.

Hi ha cinc objectius que heu d’intentar assolir quan utilitzeu un tauler multicapa. Ells son:

1. La capa de senyal sempre ha de ser adjacent al pla;

2. La capa de senyal ha d’estar ben acoblada (a prop) del seu pla adjacent;

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

4, el senyal d’alta velocitat s’hauria d’enterrar a la línia entre dos plans, l’avió pot jugar un paper de protecció i pot suprimir la radiació de la línia impresa d’alta velocitat;

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

En general, ens trobem davant d’una opció entre l’acoblament de proximitat senyal / pla (objectiu 2) i l’acoblament de proximitat de potència / pla de terra (objectiu 3). Amb les tècniques de construcció de PCB convencionals, la capacitat de la placa plana entre la font d’alimentació adjacent i el pla de terra és insuficient per proporcionar un desacoblament suficient per sota dels 500 MHz.

Per tant, el desacoblament s’ha d’abordar per altres mitjans i, en general, hauríem de triar un acoblament estret entre el senyal i el pla de retorn actual. Els avantatges d’un acoblament estret entre la capa de senyal i el pla de retorn actual superaran els desavantatges causats per una lleugera pèrdua de capacitat entre els plans.

Vuit capes és el nombre mínim de capes que es poden utilitzar per assolir aquests cinc objectius. Alguns d’aquests objectius s’hauran de comprometre en taules de quatre i sis capes. En aquestes condicions, heu de determinar quins objectius són els més importants per al disseny actual.

El paràgraf anterior no s’ha d’interpretar de manera que no es pot fer un bon disseny EMC en un tauler de quatre o sis nivells, com es pugui. 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.

Des d’un punt de vista mecànic, un altre objectiu ideal és fer que la secció transversal de la placa PCB sigui simètrica (o equilibrada) per evitar deformacions.

Per exemple, en un tauler de vuit capes, si la segona capa és un pla, la setena capa també hauria de ser un pla.

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

L’estructura de plaques de quatre capes més comuna es mostra a la figura 1 (el pla de potència i el pla de terra són intercanviables). Consta de quatre capes espaiades uniformement amb un pla de potència intern i un pla de terra. Aquestes dues capes de cablejat extern solen tenir direccions de cablejat ortogonals.

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

Per a la llista d’objectius de la primera part, aquesta pila només compleix l’objectiu (1). Si les capes estan igualment espaiades, hi ha un gran buit entre la capa de senyal i el pla de retorn actual. També hi ha un gran buit entre el pla de potència i el pla de terra.

Per a un tauler de quatre capes, no podem corregir tots dos defectes al mateix temps, de manera que hem de decidir quin és el més important per a nosaltres.

Com es va esmentar anteriorment, la capacitat entre capes entre la font d’alimentació adjacent i el pla de terra és insuficient per proporcionar un desacoblament adequat mitjançant tècniques convencionals de fabricació de PCB.

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), i utilitza un gran nucli dielèctric entre la font d’energia i el pla de terra (> 40mil), tal com es mostra a la figura 2.

Això té tres avantatges i pocs desavantatges. L’àrea del bucle de senyal és més petita, de manera que es genera menys radiació en mode diferencial. 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.

En segon lloc, l’acoblament estret del cablejat del senyal a terra redueix la impedància plana (inductància), reduint així la radiació en mode comú del cable connectat a la placa.

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. Aquesta és una de les maneres més fàcils, més econòmiques i més ignorades de reduir la radiació d’un PCB de quatre capes.

Mitjançant aquesta estructura en cascada, satisfem els dos objectius (1) i (2).

Quines altres possibilitats hi ha per a l’estructura laminada de quatre capes? Bé, podem utilitzar una estructura poc convencional, és a dir, canviar la capa de senyal i la capa plana de la figura 2 per produir la cascada que es mostra a la figura 3A.

El principal avantatge d’aquesta laminació és que el pla exterior proporciona protecció per a l’enviament de senyals a la capa interna. El desavantatge és que el pla de terra pot estar fortament tallat pels coixinets de components d’alta densitat del PCB. 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.

En segon lloc, a algunes persones no els agrada tenir un pla de potència exposat i, en tercer lloc, les capes de senyal enterrades dificulten la reelaboració de la placa. La cascada compleix l’objectiu (1), (2) i satisfà parcialment l’objectiu (4).

Dos d’aquests tres problemes es poden mitigar mitjançant una cascada, tal com es mostra a la figura 3B, on els dos plans exteriors són plans de terra i la font d’alimentació es dirigeix ​​al pla de senyal com a cablejat.La font d’alimentació s’ha d’encaminar ràster mitjançant traces amples a la capa de senyal.

Dos avantatges addicionals d’aquesta cascada són:

(1) Els dos plans de terra proporcionen una impedància de terra molt inferior, reduint així la radiació de cable en mode comú;

(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. Ara hem complert els objectius (1), (2), (4) i (5) amb només un tauler de quatre capes.

Figure 4 shows a fourth possibility, not the usual one, but one that can perform well. Això és similar a la figura 2, però s’utilitza el pla de terra en lloc del pla d’alimentació i la font d’alimentació actua com a traça a la capa de senyal per al cablejat.

Aquesta cascada supera el problema de reelaboració esmentat i també proporciona una baixa impedància de terra a causa dels dos plans de terra. No obstant això, aquests plans no proporcionen cap blindatge. Aquesta configuració compleix els objectius (1), (2) i (5), però no compleix els objectius (3) o (4).

Així, com podeu veure, hi ha més opcions per a capes de quatre capes del que es podria pensar inicialment, i és possible complir quatre dels nostres cinc objectius amb PCBS de quatre capes. Des del punt de vista de CEM, les capes de les figures 2, 3b i 4 funcionen bé.

Tauler de 6 capes

La majoria de plaques de sis capes consten de quatre capes de cablejat de senyal i dues capes planes, i les plaques de sis capes són generalment superiors a les plaques de quatre capes des d’una perspectiva EMC.

La figura 5 mostra una estructura en cascada que no es pot utilitzar en un tauler de sis capes.

Aquests plans no proporcionen protecció per a la capa de senyal i dues de les capes de senyal (1 i 6) no estan adjacents a un pla. Aquesta disposició només funciona si tots els senyals d’alta freqüència s’encaminen a les capes 2 i 5, i només els senyals de baixa freqüència, o millor encara, si no hi ha cables de senyal (només els coixinets de soldadura) s’encaminen a les capes 1 i 6.

Si s’utilitza, les zones no utilitzades de les plantes 1 i 6 s’han de pavimentar i connectar el viAS a la planta principal en tantes ubicacions com sigui possible.

Aquesta configuració només compleix un dels nostres objectius originals (objectiu 3).

Amb sis capes disponibles, s’implementa fàcilment el principi de proporcionar dues capes enterrades per a senyals d’alta velocitat (com es mostra a la figura 3), tal com es mostra a la figura 6. Aquesta configuració també proporciona dues capes superficials per a senyals de baixa velocitat.

Aquesta és probablement l’estructura de sis capes més comuna i pot ser molt eficaç per controlar l’emissió electromagnètica si es fa bé. Aquesta configuració compleix l’objectiu 1,2,4, però no l’objectiu 3,5. Its main disadvantage is the separation of power plane and ground plane.

A causa d’aquesta separació, no hi ha molta capacitat interplana entre el pla de potència i el pla de terra, de manera que cal fer un acurat disseny de desacoblament per fer front a aquesta situació. Per obtenir més informació sobre el desacoblament, consulteu els nostres consells sobre tècniques de desacoblament.

A la figura 7 es mostra una estructura laminada de sis capes gairebé idèntica i amb bon comportament.

H1 representa la capa d’encaminament horitzontal del senyal 1, V1 representa la capa d’encaminament vertical del senyal 1, H2 i V2 representen el mateix significat per al senyal 2 i l’avantatge d’aquesta estructura és que els senyals d’encaminament ortogonals sempre fan referència al mateix pla.

Per entendre per què això és important, consulteu la secció sobre plans de senyal a referència de la part 6. L’inconvenient és que els senyals de la capa 1 i la capa 6 no estan protegits.

Per tant, la capa de senyal ha d’estar molt a prop del seu pla adjacent i s’ha d’utilitzar una capa de nucli mitjà més gruixuda per formar el gruix de placa requerit. És probable que l’espaiat típic de les plaques de 0.060 polzades sigui de 0.005 “/ 0.005” / 0.040 “/ 0.005” / 0.005 “/ 0.005”. Aquesta estructura compleix els objectius 1 i 2, però no els objectius 3, 4 o 5.

A la figura 8 es mostra una altra placa de sis capes amb un rendiment excel·lent. Proporciona dues capes enterrades de senyal i plans adjacents de potència i terra per complir els cinc objectius. No obstant això, l’inconvenient més gran és que només té dues capes de cablejat, de manera que no s’utilitza molt sovint.

La placa de sis capes és més fàcil d’obtenir una bona compatibilitat electromagnètica que la placa de quatre capes. També tenim l’avantatge de quatre capes d’encaminament del senyal en lloc de limitar-nos a dues.

Com va passar amb la placa de circuit de quatre capes, el PCB de sis capes va complir quatre dels nostres cinc objectius. Els cinc objectius es poden assolir si ens limitem a dues capes d’encaminament de senyals. Les estructures de la Figura 6, la Figura 7 i la Figura 8 funcionen bé des d’una perspectiva EMC.