PCB η στοίβαξη είναι ένας σημαντικός παράγοντας για τον προσδιορισμό της απόδοσης EMC των προϊόντων. Η καλή στρώση μπορεί να είναι πολύ αποτελεσματική στη μείωση της ακτινοβολίας από το βρόχο PCB (εκπομπή διαφορικού τρόπου λειτουργίας), καθώς και από καλώδια συνδεδεμένα στον πίνακα (εκπομπή κοινής λειτουργίας).

Από την άλλη πλευρά, ένας κακός καταρράκτης μπορεί να αυξήσει σημαντικά την ακτινοβολία και των δύο μηχανισμών. Τέσσερις παράγοντες είναι σημαντικοί για την εξέταση της στοίβαξης πιάτων:

1. Αριθμός στρωμάτων.

2. Ο αριθμός και ο τύπος των στρωμάτων που χρησιμοποιούνται (ισχύς και/ή γείωση).

3. Η σειρά ή η ακολουθία των στρωμάτων.

4. Το διάστημα μεταξύ των στρωμάτων.

Συνήθως λαμβάνεται υπόψη μόνο ο αριθμός των επιπέδων. Σε πολλές περιπτώσεις, οι άλλοι τρεις παράγοντες είναι εξίσου σημαντικοί και ο τέταρτος μερικές φορές δεν είναι καν γνωστός στον σχεδιαστή PCB. Κατά τον προσδιορισμό του αριθμού των επιπέδων, λάβετε υπόψη τα ακόλουθα:

1. Ποσότητα σήματος και κόστος καλωδίωσης.

2. Συχνότητα?

3. Πρέπει το προϊόν να πληροί τις απαιτήσεις κυκλοφορίας της κατηγορίας Α ή της κατηγορίας Β;

4. Το PCB βρίσκεται σε θωρακισμένο ή μη προστατευμένο περίβλημα.

5. Τεχνική τεχνογνωσία EMC της ομάδας σχεδιασμού.

Συνήθως λαμβάνεται υπόψη μόνο ο πρώτος όρος. Πράγματι, όλα τα στοιχεία ήταν ζωτικής σημασίας και πρέπει να εξεταστούν εξίσου. Αυτό το τελευταίο στοιχείο είναι ιδιαίτερα σημαντικό και δεν πρέπει να παραβλεφθεί εάν επιδιώκεται η βέλτιστη σχεδίαση στο μικρότερο χρονικό διάστημα και κόστος.

Μια πολυστρωματική πλάκα που χρησιμοποιεί επίπεδο γείωσης ή/και ισχύος παρέχει σημαντική μείωση στην εκπομπή ακτινοβολίας σε σύγκριση με μια πλάκα δύο στρωμάτων. Ένας γενικός κανόνας που χρησιμοποιείται είναι ότι μια πλάκα τεσσάρων στρωμάτων παράγει 15dB λιγότερη ακτινοβολία από μια πλάκα δύο στρωμάτων, ενώ όλοι οι άλλοι παράγοντες είναι ίσοι. Ένας πίνακας με επίπεδη επιφάνεια είναι πολύ καλύτερος από έναν πίνακα χωρίς επίπεδη επιφάνεια για τους ακόλουθους λόγους:

1. Επιτρέπουν τη σήμανση των σημάτων ως γραμμές microstrip (ή γραμμές κορδέλας). Αυτές οι δομές είναι ελεγχόμενες γραμμές μετάδοσης σύνθετης αντίστασης με πολύ λιγότερη ακτινοβολία από την τυχαία καλωδίωση που χρησιμοποιείται σε σανίδες δύο στρωμάτων.

2. Το επίπεδο γείωσης μειώνει σημαντικά τη σύνθετη αντίσταση εδάφους (και συνεπώς τον θόρυβο του εδάφους).

Παρόλο που δύο πλάκες έχουν χρησιμοποιηθεί επιτυχώς σε μη προστατευμένα περιβλήματα των 20-25mhz, αυτές οι περιπτώσεις αποτελούν την εξαίρεση και όχι τον κανόνα. Πάνω από περίπου 10-15mhz, συνήθως πρέπει να λαμβάνονται υπόψη πολυστρωματικά πάνελ.

Υπάρχουν πέντε στόχοι που πρέπει να προσπαθήσετε να επιτύχετε όταν χρησιμοποιείτε έναν πίνακα πολλαπλών στρωμάτων. Αυτοί είναι:

1. Το στρώμα σήματος πρέπει να είναι πάντα δίπλα στο επίπεδο.

2. Το στρώμα σήματος πρέπει να συνδέεται σφιχτά (κοντά) με το γειτονικό του επίπεδο.

3, το επίπεδο ισχύος και το επίπεδο γείωσης πρέπει να συνδυάζονται στενά.

4, το σήμα υψηλής ταχύτητας πρέπει να είναι θαμμένο στη γραμμή μεταξύ δύο αεροπλάνων, το επίπεδο μπορεί να παίξει προστατευτικό ρόλο και μπορεί να καταστέλλει την ακτινοβολία της τυπωμένης γραμμής υψηλής ταχύτητας.

5. Τα πολλαπλά επίπεδα γείωσης έχουν πολλά πλεονεκτήματα επειδή θα μειώσουν τη σύνθετη αντίσταση γείωσης (επίπεδο αναφοράς) της σανίδας και θα μειώσουν την ακτινοβολία κοινού τρόπου λειτουργίας.

Σε γενικές γραμμές, βρισκόμαστε μπροστά σε μια επιλογή μεταξύ σύζευξης εγγύτητας σήματος/επιπέδου (Στόχος 2) και σύζευξης εγγύτητας ισχύος/επιπέδου γείωσης (στόχος 3). Με τις συμβατικές τεχνικές κατασκευής PCB, η χωρητικότητα της επίπεδης πλάκας μεταξύ της παρακείμενης τροφοδοσίας και του επιπέδου γείωσης είναι ανεπαρκής για να παρέχει επαρκή αποσύνδεση κάτω από 500 MHz.

Επομένως, η αποσύνδεση πρέπει να αντιμετωπιστεί με άλλα μέσα και γενικά θα πρέπει να επιλέξουμε μια στενή σύζευξη μεταξύ του σήματος και του τρέχοντος επιπέδου επιστροφής. Τα πλεονεκτήματα της στενής σύζευξης μεταξύ του στρώματος σήματος και του τρέχοντος επιπέδου επιστροφής θα υπερτερούν των μειονεκτημάτων που προκαλούνται από μια μικρή απώλεια χωρητικότητας μεταξύ των επιπέδων.

Οκτώ επίπεδα είναι ο ελάχιστος αριθμός επιπέδων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επίτευξη και των πέντε αυτών στόχων. Ορισμένοι από αυτούς τους στόχους θα πρέπει να συμβιβαστούν σε πίνακες τεσσάρων και έξι στρωμάτων. Υπό αυτές τις συνθήκες, πρέπει να καθορίσετε ποιοι στόχοι είναι οι πιο σημαντικοί για το σχετικό σχέδιο.

Η παραπάνω παράγραφος δεν πρέπει να ερμηνευτεί ότι σημαίνει ότι δεν μπορείτε να κάνετε έναν καλό σχεδιασμό EMC σε έναν πίνακα τεσσάρων ή έξι επιπέδων, όπως μπορείτε. Απλώς δείχνει ότι δεν μπορούν να επιτευχθούν όλοι οι στόχοι ταυτόχρονα και ότι απαιτείται κάποιου είδους συμβιβασμός.

Δεδομένου ότι όλοι οι επιθυμητοί στόχοι EMC μπορούν να επιτευχθούν με οκτώ επίπεδα, δεν υπάρχει κανένας λόγος να χρησιμοποιηθούν περισσότερα από οκτώ επίπεδα παρά μόνο για να φιλοξενηθούν επιπλέον επίπεδα δρομολόγησης σήματος.

Από μηχανικής άποψης, ένας άλλος ιδανικός στόχος είναι να γίνει συμμετρική (ή ισορροπημένη) η διατομή της σανίδας PCB για να αποφευχθεί η στρέβλωση.

Για παράδειγμα, σε έναν πίνακα οκτώ στρωμάτων, εάν το δεύτερο στρώμα είναι ένα επίπεδο, τότε το έβδομο στρώμα θα πρέπει επίσης να είναι ένα επίπεδο.

Επομένως, όλες οι διαμορφώσεις που παρουσιάζονται εδώ χρησιμοποιούν συμμετρικές ή ισορροπημένες δομές. Εάν επιτρέπονται ασύμμετρες ή μη ισορροπημένες δομές, είναι δυνατό να δημιουργηθούν άλλες διαδοχικές διαμορφώσεις.

Πίνακας τεσσάρων στρωμάτων

Η πιο κοινή δομή πλάκας τεσσάρων στρωμάτων φαίνεται στο σχήμα 1 (το επίπεδο ισχύος και το επίπεδο γείωσης είναι εναλλάξιμα). Αποτελείται από τέσσερα στρώματα με ομοιόμορφη απόσταση με εσωτερικό επίπεδο ισχύος και επίπεδο γείωσης. Αυτά τα δύο εξωτερικά στρώματα καλωδίωσης έχουν συνήθως ορθογώνιες κατευθύνσεις καλωδίωσης.

Αν και αυτή η κατασκευή είναι πολύ καλύτερη από τα διπλά πάνελ, έχει μερικά λιγότερο επιθυμητά χαρακτηριστικά.

Για τη λίστα των στόχων στο Μέρος 1, αυτή η στοίβα ικανοποιεί μόνο τον στόχο (1). Εάν τα στρώματα βρίσκονται σε ίση απόσταση, υπάρχει ένα μεγάλο κενό μεταξύ του στρώματος σήματος και του τρέχοντος επιπέδου επιστροφής. Υπάρχει επίσης ένα μεγάλο κενό μεταξύ του επιπέδου ισχύος και του επιπέδου εδάφους.

Για έναν πίνακα τεσσάρων στρωμάτων, δεν μπορούμε να διορθώσουμε και τα δύο ελαττώματα ταυτόχρονα, οπότε πρέπει να αποφασίσουμε ποιο είναι το πιο σημαντικό για εμάς.

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η χωρητικότητα του ενδιάμεσου στρώματος μεταξύ της παρακείμενης τροφοδοσίας και του επιπέδου γείωσης είναι ανεπαρκής για να παρέχει επαρκή αποσύνδεση χρησιμοποιώντας συμβατικές τεχνικές κατασκευής PCB.

Η αποσύνδεση πρέπει να γίνεται με άλλα μέσα και πρέπει να επιλέξουμε μια σφιχτή σύζευξη μεταξύ του σήματος και του τρέχοντος επιπέδου επιστροφής. Τα πλεονεκτήματα της στενής σύζευξης μεταξύ του στρώματος σήματος και του τρέχοντος επιπέδου επιστροφής θα υπερτερούν των μειονεκτημάτων μιας ελαφράς απώλειας χωρητικότητας μεταξύ των στρωμάτων.

Επομένως, ο απλούστερος τρόπος βελτίωσης της απόδοσης EMC της πλάκας τεσσάρων στρωμάτων είναι να φέρει το στρώμα σήματος όσο το δυνατόν πιο κοντά στο επίπεδο. 10mil), και χρησιμοποιεί έναν μεγάλο διηλεκτρικό πυρήνα μεταξύ της πηγής ισχύος και του επιπέδου γείωσης (> 40mil), όπως φαίνεται στο σχήμα 2.

Αυτό έχει τρία πλεονεκτήματα και λίγα μειονεκτήματα. Η περιοχή του βρόχου σήματος είναι μικρότερη, επομένως παράγεται λιγότερη διαφορική κατάσταση ακτινοβολίας. Στην περίπτωση ενός διαστήματος 5 mil μεταξύ του στρώματος καλωδίωσης και του επιπέδου επιπέδου, μπορεί να επιτευχθεί μείωση ακτινοβολίας βρόχου 10dB ή περισσότερο σε σχέση με μια εξίσου απομακρυσμένη δομή στοιβασίας.

Δεύτερον, η σφιχτή σύζευξη της καλωδίωσης σήματος στο έδαφος μειώνει την επίπεδη σύνθετη αντίσταση (επαγωγή), μειώνοντας έτσι την ακτινοβολία κοινού τρόπου λειτουργίας του καλωδίου που συνδέεται με την πλακέτα.

Τρίτον, η σφιχτή σύζευξη της καλωδίωσης στο αεροπλάνο θα μειώσει τη διασταύρωση μεταξύ της καλωδίωσης. Για σταθερή απόσταση καλωδίων, η διασταύρωση είναι ανάλογη με το τετράγωνο του ύψους του καλωδίου. Αυτός είναι ένας από τους ευκολότερους, φθηνότερους και πιο αγνοημένους τρόπους μείωσης της ακτινοβολίας από ένα PCB τεσσάρων στρωμάτων.

Με αυτή τη δομή καταρράκτη, ικανοποιούμε και τους δύο στόχους (1) και (2).

Ποιες άλλες δυνατότητες υπάρχουν για την πολυστρωματική δομή τεσσάρων στρωμάτων; Λοιπόν, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ένα κομμάτι μιας μη συμβατικής δομής, δηλαδή να αλλάξουμε το στρώμα σήματος και το επίπεδο του Σχήματος 2 για να παράγουμε τον καταρράκτη που φαίνεται στο Σχήμα 3Α.

Το κύριο πλεονέκτημα αυτής της πλαστικοποίησης είναι ότι το εξωτερικό επίπεδο παρέχει θωράκιση για τη δρομολόγηση σήματος στο εσωτερικό στρώμα. Το μειονέκτημα είναι ότι το επίπεδο γείωσης μπορεί να κοπεί σε μεγάλο βαθμό από τα μαξιλάρια εξαρτημάτων υψηλής πυκνότητας στο PCB. Αυτό μπορεί να μετριαστεί σε κάποιο βαθμό με την αναστροφή του επιπέδου, την τοποθέτηση του επιπέδου ισχύος στην πλευρά του στοιχείου και την τοποθέτηση του επιπέδου γείωσης στην άλλη πλευρά του πίνακα.

Δεύτερον, σε μερικούς ανθρώπους δεν αρέσει να έχουν εκτεθειμένο αεροπλάνο ισχύος και τρίτον, τα θαμμένα στρώματα σήματος καθιστούν δύσκολη την επεξεργασία του πίνακα. Ο καταρράκτης ικανοποιεί τον στόχο (1), (2) και ικανοποιεί εν μέρει τον στόχο (4).

Δύο από αυτά τα τρία προβλήματα μπορούν να μετριαστούν με έναν καταρράκτη όπως φαίνεται στο σχήμα 3Β, όπου τα δύο εξωτερικά επίπεδα είναι επίπεδα γείωσης και η τροφοδοσία δρομολογείται στο επίπεδο σήματος ως καλωδίωση.Η τροφοδοσία πρέπει να δρομολογηθεί με ράστερ χρησιμοποιώντας ευρεία ίχνη στο επίπεδο σήματος.

Δύο επιπλέον πλεονεκτήματα αυτού του καταρράκτη είναι:

(1) Τα δύο επίπεδα γείωσης παρέχουν πολύ χαμηλότερη σύνθετη αντίσταση στο έδαφος, μειώνοντας έτσι την ακτινοβολία καλωδίου κοινής λειτουργίας.

(2) Τα δύο επίπεδα γείωσης μπορούν να ράβονται μεταξύ τους στην περιφέρεια της πλάκας για να σφραγίζουν όλα τα ίχνη σήματος σε ένα κλουβί Faraday.

Από άποψη EMC, αυτή η στρώση, εάν γίνει καλά, μπορεί να είναι η καλύτερη στρώση ενός τετραστρωμένου PCB. Τώρα έχουμε πετύχει τους στόχους (1), (2), (4) και (5) με μόνο έναν πίνακα τεσσάρων στρωμάτων.

Το σχήμα 4 δείχνει μια τέταρτη πιθανότητα, όχι τη συνηθισμένη, αλλά αυτή που μπορεί να αποδώσει καλά. Αυτό είναι παρόμοιο με το Σχήμα 2, αλλά το επίπεδο γείωσης χρησιμοποιείται αντί του επιπέδου ισχύος και η τροφοδοσία λειτουργεί ως ίχνος στο στρώμα σήματος για καλωδίωση.

Αυτός ο καταρράκτης ξεπερνά το προαναφερθέν πρόβλημα επεξεργασίας και παρέχει επίσης χαμηλή σύνθετη αντίσταση εδάφους λόγω των δύο επιπέδων εδάφους. Ωστόσο, αυτά τα αεροπλάνα δεν παρέχουν καμία θωράκιση. Αυτή η διαμόρφωση ικανοποιεί τους στόχους (1), (2) και (5), αλλά δεν ικανοποιεί τους στόχους (3) ή (4).

Έτσι, όπως μπορείτε να δείτε, υπάρχουν περισσότερες επιλογές για στρώσεις τεσσάρων στρωμάτων από ό, τι νομίζατε αρχικά, και είναι δυνατόν να επιτευχθούν τέσσερις από τους πέντε στόχους μας με PCBS τεσσάρων στρωμάτων. Από την άποψη της EMC, το στρώσιμο των σχημάτων 2, 3β και 4 λειτουργεί καλά.

Σανίδα 6 στρώσεων

Οι περισσότεροι πίνακες έξι στρωμάτων αποτελούνται από τέσσερα στρώματα καλωδίωσης σήματος και δύο επίπεδα, και οι πίνακες έξι στρωμάτων είναι γενικά ανώτεροι από τους πίνακες τεσσάρων στρωμάτων από άποψη EMC.

Το Σχήμα 5 δείχνει μια καταρράκτη δομή που δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε έναν πίνακα έξι στρωμάτων.

Αυτά τα επίπεδα δεν παρέχουν θωράκιση για το στρώμα σήματος και δύο από τα στρώματα σήματος (1 και 6) δεν είναι δίπλα σε ένα επίπεδο. Αυτή η διάταξη λειτουργεί μόνο εάν όλα τα σήματα υψηλής συχνότητας δρομολογηθούν στα επίπεδα 2 και 5, και μόνο σήματα πολύ χαμηλής συχνότητας, ή καλύτερα ακόμα, καθόλου καλώδια σήματος (μόνο συγκολλητικά μαξιλάρια) δεν δρομολογούνται στα επίπεδα 1 και 6.

Εάν χρησιμοποιηθούν, τυχόν αχρησιμοποίητοι χώροι στους ορόφους 1 και 6 θα πρέπει να στρωθούν και να συνδεθεί το viAS στον κύριο όροφο σε όσο το δυνατόν περισσότερες τοποθεσίες.

Αυτή η διαμόρφωση ικανοποιεί μόνο έναν από τους αρχικούς μας στόχους (Στόχος 3).

Με έξι διαθέσιμα στρώματα, εφαρμόζεται εύκολα η αρχή της παροχής δύο θαμμένων στρωμάτων για σήματα υψηλής ταχύτητας (όπως φαίνεται στο σχήμα 3), όπως φαίνεται στο σχήμα 6. Αυτή η διαμόρφωση παρέχει επίσης δύο επιφανειακά στρώματα για σήματα χαμηλής ταχύτητας.

Αυτή είναι ίσως η πιο συνηθισμένη δομή έξι στρωμάτων και μπορεί να είναι πολύ αποτελεσματική στον έλεγχο των ηλεκτρομαγνητικών εκπομπών εάν γίνει καλά. Αυτή η διαμόρφωση ικανοποιεί τον στόχο 1,2,4, αλλά όχι τον στόχο 3,5. Το κύριο μειονέκτημά του είναι ο διαχωρισμός του επιπέδου ισχύος και του επιπέδου εδάφους.

Λόγω αυτού του διαχωρισμού, δεν υπάρχει μεγάλη χωρητικότητα μεταξύ του επιπέδου ισχύος και του επιπέδου εδάφους, οπότε πρέπει να αναληφθεί προσεκτικός σχεδιασμός αποσύνδεσης για να αντιμετωπιστεί αυτή η κατάσταση. Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με την αποσύνδεση, ανατρέξτε στις συμβουλές τεχνικής αποσύνδεσης.

Μια σχεδόν πανομοιότυπη, καλά συμπεριφερόμενη ελασματοποιημένη δομή έξι στρωμάτων φαίνεται στο σχήμα 7.

Το Η1 αντιπροσωπεύει το οριζόντιο στρώμα δρομολόγησης του σήματος 1, το V1 αντιπροσωπεύει το κάθετο στρώμα δρομολόγησης του σήματος 1, τα Η2 και V2 αντιπροσωπεύουν την ίδια σημασία για το σήμα 2 και το πλεονέκτημα αυτής της δομής είναι ότι τα ορθογώνια σήματα δρομολόγησης αναφέρονται πάντα στο ίδιο επίπεδο.

Για να καταλάβετε γιατί αυτό είναι σημαντικό, ανατρέξτε στην ενότητα σχετικά με τα επίπεδα σήματος προς αναφορά στο Μέρος 6. Το μειονέκτημα είναι ότι τα σήματα του στρώματος 1 και του στρώματος 6 δεν είναι θωρακισμένα.

Επομένως, το στρώμα σήματος πρέπει να είναι πολύ κοντά στο γειτονικό του επίπεδο και ένα παχύτερο στρώμα μεσαίου πυρήνα πρέπει να χρησιμοποιείται για να συμπληρώσει το απαιτούμενο πάχος πλάκας. Η τυπική απόσταση πλάκας πλάτους 0.060 ιντσών είναι πιθανό να είναι 0.005 “/ 0.005″/ 0.040 “/ 0.005″/ 0.005 “/ 0.005”. Αυτή η δομή ικανοποιεί τους στόχους 1 και 2, αλλά όχι τους στόχους 3, 4 ή 5.

Μια άλλη πλάκα έξι στρωμάτων με εξαιρετική απόδοση φαίνεται στο σχήμα 8. Παρέχει δύο στρώματα θαμμένου σήματος και παρακείμενα επίπεδα ισχύος και γείωσης για την επίτευξη και των πέντε στόχων. Ωστόσο, το μεγαλύτερο μειονέκτημα είναι ότι έχει μόνο δύο στρώσεις καλωδίωσης, επομένως δεν χρησιμοποιείται πολύ συχνά.

Η πλάκα έξι στρωμάτων είναι πιο εύκολο να επιτευχθεί καλή ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα από την πλάκα τεσσάρων στρωμάτων. Έχουμε επίσης το πλεονέκτημα τεσσάρων επιπέδων δρομολόγησης σήματος αντί να περιοριζόμαστε σε δύο.

Όπως συνέβη με την πλακέτα κυκλώματος τεσσάρων στρωμάτων, το PCB έξι επιπέδων πέτυχε τέσσερις από τους πέντε στόχους μας. Και οι πέντε στόχοι μπορούν να επιτευχθούν εάν περιοριστούμε σε δύο επίπεδα δρομολόγησης σημάτων. Οι δομές στο σχήμα 6, το σχήμα 7 και το σχήμα 8 λειτουργούν όλες καλά από την άποψη του EMC.