PCB el apilamiento es un factor importante para determinar el rendimiento EMC de los productos. Una buena capa puede ser muy eficaz para reducir la radiación del circuito de PCB (emisión en modo diferencial), así como de los cables conectados a la placa (emisión en modo común).

Por otro lado, una mala cascada puede incrementar enormemente la radiación de ambos mecanismos. Cuatro factores son importantes para considerar el apilado de placas:

1. Número de capas;

2. El número y tipo de capas utilizadas (energía y / o tierra);

3. El orden o secuencia de capas;

4. El intervalo entre capas.

Por lo general, solo se considera el número de capas. En muchos casos, los otros tres factores son igualmente importantes y, a veces, el diseñador de PCB ni siquiera conoce el cuarto. Al determinar el número de capas, tenga en cuenta lo siguiente:

1. Cantidad de señales y costo del cableado;

2. Frecuencia;

3. ¿El producto tiene que cumplir con los requisitos de lanzamiento de Clase A o Clase B?

4. PCB está en una carcasa blindada o sin blindaje;

5. Experiencia en ingeniería de EMC del equipo de diseño.

Por lo general, solo se considera el primer término. De hecho, todos los elementos son vitales y deben considerarse por igual. Este último elemento es particularmente importante y no debe pasarse por alto si se quiere lograr un diseño óptimo en la menor cantidad de tiempo y costo.

Una placa multicapa que utiliza un plano de tierra y / o de potencia proporciona una reducción significativa en la emisión de radiación en comparación con una placa de dos capas. Una regla general utilizada es que una placa de cuatro capas produce 15 dB menos de radiación que una placa de dos capas, siendo todos los demás factores iguales. Una tabla con una superficie plana es mucho mejor que una tabla sin una superficie plana por las siguientes razones:

1. Permiten enrutar las señales como líneas de microbanda (o líneas de cinta). Estas estructuras son líneas de transmisión de impedancia controlada con mucha menos radiación que el cableado aleatorio utilizado en placas de dos capas;

2. El plano de tierra reduce significativamente la impedancia de tierra (y por lo tanto el ruido de tierra).

Aunque se han utilizado con éxito dos placas en recintos sin blindaje de 20-25 mhz, estos casos son la excepción y no la regla. Por encima de aproximadamente 10-15 mhz, generalmente se deben considerar los paneles multicapa.

Hay cinco objetivos que debe intentar lograr al usar una placa multicapa. Ellos son:

1. La capa de señal siempre debe estar adyacente al plano;

2. La capa de señal debe estar estrechamente acoplada (cerca de) a su plano adyacente;

3, el plano de potencia y el plano de tierra deben estar estrechamente combinados;

4, la señal de alta velocidad debe estar enterrada en la línea entre dos planos, el avión puede desempeñar un papel de protección y puede suprimir la radiación de la línea impresa de alta velocidad;

5. Múltiples planos de puesta a tierra tienen muchas ventajas porque reducirán la impedancia de puesta a tierra (plano de referencia) de la placa y reducirán la radiación de modo común.

En general, nos enfrentamos a una elección entre el acoplamiento de proximidad de señal / plano (objetivo 2) y el acoplamiento de proximidad de plano de potencia / tierra (objetivo 3). Con las técnicas de construcción de PCB convencionales, la capacitancia de placa plana entre la fuente de alimentación adyacente y el plano de tierra es insuficiente para proporcionar suficiente desacoplamiento por debajo de 500 MHz.

Por lo tanto, el desacoplamiento debe abordarse por otros medios y, en general, deberíamos elegir un acoplamiento estrecho entre la señal y el plano de retorno actual. Las ventajas del acoplamiento estrecho entre la capa de señal y el plano de retorno de corriente superarán las desventajas causadas por una ligera pérdida de capacitancia entre los planos.

Ocho capas es el número mínimo de capas que se pueden utilizar para lograr estos cinco objetivos. Algunos de estos objetivos deberán comprometerse en tablas de cuatro y seis capas. En estas condiciones, debe determinar qué objetivos son más importantes para el diseño en cuestión.

El párrafo anterior no debe interpretarse en el sentido de que no puede hacer un buen diseño de EMC en una placa de cuatro o seis niveles, como puede hacerlo. Simplemente muestra que no todos los objetivos se pueden lograr a la vez y que se requiere algún tipo de compromiso.

Dado que todos los objetivos de EMC deseados se pueden lograr con ocho capas, no hay razón para usar más de ocho capas, excepto para acomodar capas de enrutamiento de señal adicionales.

Desde un punto de vista mecánico, otro objetivo ideal es hacer que la sección transversal de la placa PCB sea simétrica (o equilibrada) para evitar deformaciones.

Por ejemplo, en un tablero de ocho capas, si la segunda capa es un plano, la séptima capa también debería ser un plano.

Por lo tanto, todas las configuraciones presentadas aquí utilizan estructuras simétricas o equilibradas. Si se permiten estructuras asimétricas o desequilibradas, es posible construir otras configuraciones en cascada.

Tablero de cuatro capas

La estructura de placa de cuatro capas más común se muestra en la Figura 1 (el plano de potencia y el plano de tierra son intercambiables). Consiste en cuatro capas espaciadas uniformemente con un plano de potencia interno y un plano de tierra. Estas dos capas de cableado externo suelen tener direcciones de cableado ortogonales.

Aunque esta construcción es mucho mejor que los paneles dobles, tiene algunas características menos deseables.

Para la lista de objetivos en la Parte 1, esta pila solo satisface el objetivo (1). Si las capas están igualmente espaciadas, existe un gran espacio entre la capa de señal y el plano de retorno actual. También hay una gran brecha entre el plano de potencia y el plano de tierra.

Para un tablero de cuatro capas, no podemos corregir ambos defectos al mismo tiempo, por lo que debemos decidir cuál es el más importante para nosotros.

Como se mencionó anteriormente, la capacitancia de la capa intermedia entre la fuente de alimentación adyacente y el plano de tierra es insuficiente para proporcionar un desacoplamiento adecuado utilizando técnicas de fabricación de PCB convencionales.

El desacoplamiento debe manejarse por otros medios, y debemos elegir un acoplamiento estrecho entre la señal y el plano de retorno actual. Las ventajas de un acoplamiento estrecho entre la capa de señal y el plano de retorno de corriente superarán las desventajas de una ligera pérdida de capacitancia entre capas.

Por lo tanto, la forma más sencilla de mejorar el rendimiento EMC de la placa de cuatro capas es acercar la capa de señal lo más cerca posible del plano. 10 mil) y utiliza un gran núcleo dieléctrico entre la fuente de alimentación y el plano de tierra (> 40mil), como se muestra en la Figura 2.

Esto tiene tres ventajas y pocas desventajas. El área del bucle de señal es más pequeña, por lo que se genera menos radiación en modo diferencial. Para el caso de un intervalo de 5 mil entre la capa de cableado y la capa plana, se puede lograr una reducción de radiación de bucle de 10 dB o más en relación con una estructura apilada igualmente espaciada.

En segundo lugar, el acoplamiento estrecho del cableado de señal a tierra reduce la impedancia plana (inductancia), reduciendo así la radiación de modo común del cable conectado a la placa.

En tercer lugar, el acoplamiento apretado del cableado al avión reducirá la diafonía entre el cableado. Para espaciamiento fijo de cables, la diafonía es proporcional al cuadrado de la altura del cable. Esta es una de las formas más fáciles, económicas y más olvidadas de reducir la radiación de una PCB de cuatro capas.

Mediante esta estructura en cascada, satisfacemos ambos objetivos (1) y (2).

¿Qué otras posibilidades hay para la estructura laminada de cuatro capas? Bueno, podemos usar un poco de una estructura poco convencional, es decir, cambiar la capa de señal y la capa de plano en la Figura 2 para producir la cascada que se muestra en la Figura 3A.

La principal ventaja de esta laminación es que el plano exterior proporciona blindaje para el enrutamiento de la señal en la capa interior. La desventaja es que el plano de tierra puede verse fuertemente cortado por las almohadillas de componentes de alta densidad en la PCB. Esto se puede aliviar en cierta medida invirtiendo el plano, colocando el plano de potencia en el lado del elemento y colocando el plano de tierra en el otro lado del tablero.

En segundo lugar, a algunas personas no les gusta tener un plano de potencia expuesto y, en tercer lugar, las capas de señal enterradas dificultan la reelaboración de la placa. La cascada satisface el objetivo (1), (2) y cumple parcialmente el objetivo (4).

Dos de estos tres problemas pueden mitigarse mediante una cascada como se muestra en la Figura 3B, donde los dos planos exteriores son planos de tierra y la fuente de alimentación se enruta en el plano de señal como cableado.La fuente de alimentación se enrutará por tramas utilizando trazos anchos en la capa de señal.

Dos ventajas adicionales de esta cascada son:

(1) Los dos planos de tierra proporcionan una impedancia de tierra mucho más baja, lo que reduce la radiación del cable en modo común;

(2) Los dos planos de tierra se pueden coser juntos en la periferia de la placa para sellar todos los rastros de señal en una jaula de Faraday.

Desde el punto de vista de EMC, esta capa, si se hace bien, puede ser la mejor capa de una PCB de cuatro capas. Ahora hemos cumplido los objetivos (1), (2), (4) y (5) con solo un tablero de cuatro capas.

La Figura 4 muestra una cuarta posibilidad, no la habitual, pero que puede funcionar bien. Esto es similar a la Figura 2, pero se usa el plano de tierra en lugar del plano de potencia, y la fuente de alimentación actúa como un rastro en la capa de señal para el cableado.

Esta cascada supera el problema de retrabajo mencionado anteriormente y también proporciona una baja impedancia de tierra debido a los dos planos de tierra. Sin embargo, estos aviones no proporcionan ningún blindaje. Esta configuración satisface las metas (1), (2) y (5), pero no satisface las metas (3) o (4).

Entonces, como puede ver, hay más opciones para capas de cuatro capas de las que podría pensar inicialmente, y es posible cumplir cuatro de nuestros cinco objetivos con PCBS de cuatro capas. Desde el punto de vista de EMC, las capas de las Figuras 2, 3b y 4 funcionan bien.

Tablero de 6 capas

La mayoría de las placas de seis capas constan de cuatro capas de cableado de señal y dos capas planas, y las placas de seis capas son generalmente superiores a las placas de cuatro capas desde una perspectiva de EMC.

La figura 5 muestra una estructura en cascada que no se puede utilizar en una placa de seis capas.

Estos planos no protegen la capa de señal y dos de las capas de señal (1 y 6) no son adyacentes a un plano. Esta disposición solo funciona si todas las señales de alta frecuencia se enrutan en las capas 2 y 5, y solo las señales de muy baja frecuencia, o mejor aún, no se enrutan cables de señal (solo almohadillas de soldadura) en las capas 1 y 6.

Si se usa, cualquier área no utilizada en los pisos 1 y 6 debe pavimentarse y colocarse VIAS en el piso principal en tantos lugares como sea posible.

Esta configuración satisface solo uno de nuestros objetivos originales (Objetivo 3).

Con seis capas disponibles, el principio de proporcionar dos capas enterradas para señales de alta velocidad (como se muestra en la Figura 3) se implementa fácilmente, como se muestra en la Figura 6. Esta configuración también proporciona dos capas superficiales para señales de baja velocidad.

Esta es probablemente la estructura de seis capas más común y puede ser muy eficaz para controlar la emisión electromagnética si se hace bien. Esta configuración cumple el objetivo 1,2,4, 3,5, XNUMX, pero no el XNUMX, XNUMX. Su principal desventaja es la separación del plano de potencia y el plano de tierra.

Debido a esta separación, no hay mucha capacitancia entre planos entre el plano de potencia y el plano de tierra, por lo que se debe realizar un diseño de desacoplamiento cuidadoso para hacer frente a esta situación. Para obtener más información sobre el desacoplamiento, consulte nuestros consejos sobre la técnica de desacoplamiento.

En la Figura 7 se muestra una estructura laminada de seis capas casi idéntica y de buen comportamiento.

H1 representa la capa de enrutamiento horizontal de la señal 1, V1 representa la capa de enrutamiento vertical de la señal 1, H2 y V2 representan el mismo significado para la señal 2, y la ventaja de esta estructura es que las señales de enrutamiento ortogonal siempre se refieren al mismo plano.

Para comprender por qué esto es importante, consulte la sección sobre planos de señal a referencia en la Parte 6. La desventaja es que las señales de la capa 1 y la capa 6 no están protegidas.

Por lo tanto, la capa de señal debe estar muy cerca de su plano adyacente y se debe usar una capa de núcleo central más gruesa para completar el espesor de placa requerido. Es probable que el espaciado típico entre placas de 0.060 pulgadas de grosor sea 0.005 “/ 0.005” / 0.040 “/ 0.005” / 0.005 “/ 0.005”. Esta estructura satisface los Objetivos 1 y 2, pero no los Objetivos 3, 4 o 5.

En la Figura 8 se muestra otra placa de seis capas con un rendimiento excelente. Proporciona dos capas de señal enterradas y planos de tierra y energía adyacentes para cumplir con los cinco objetivos. Sin embargo, el mayor inconveniente es que solo tiene dos capas de cableado, por lo que no se usa con mucha frecuencia.

La placa de seis capas es más fácil de obtener una buena compatibilidad electromagnética que la placa de cuatro capas. También tenemos la ventaja de tener cuatro capas de enrutamiento de señal en lugar de limitarnos a dos.

Como sucedió con la placa de circuito de cuatro capas, la placa de circuito impreso de seis capas cumplió cuatro de nuestros cinco objetivos. Los cinco objetivos se pueden cumplir si nos limitamos a dos capas de enrutamiento de señales. Las estructuras de la Figura 6, la Figura 7 y la Figura 8 funcionan bien desde una perspectiva de EMC.