PCB انباشته شدن یک عامل مهم برای تعیین عملکرد EMC محصولات است. لایه بندی خوب می تواند در کاهش تشعشع حلقه PCB (انتشار حالت دیفرانسیل) و همچنین کابل های متصل به برد (انتشار حالت متداول) بسیار مثر باشد.

از طرف دیگر ، یک آبشار بد می تواند تابش هر دو مکانیسم را تا حد زیادی افزایش دهد. چهار عامل برای در نظر گرفتن چیدمان صفحه مهم است:

1. تعداد لایه ها ؛

2. تعداد و نوع لایه های مورد استفاده (قدرت و/یا زمین).

3. ترتیب یا ترتیب لایه ها.

4. فاصله بین لایه ها.

معمولاً فقط تعداد لایه ها در نظر گرفته می شود. در بسیاری از موارد ، سه عامل دیگر به همان اندازه مهم هستند ، و عامل چهارم حتی گاهی برای طراح PCB شناخته نمی شود. هنگام تعیین تعداد لایه ها ، موارد زیر را در نظر بگیرید:

1. مقدار سیگنال و هزینه سیم کشی.

2. فرکانس ؛

3. آیا محصول باید الزامات راه اندازی کلاس A یا کلاس B را برآورده کند؟

4. PCB در محفظه محافظ یا بدون محافظ است.

5. تخصص مهندسی EMC تیم طراحی.

معمولاً فقط ترم اول در نظر گرفته می شود. در واقع ، همه موارد حیاتی بودند و باید به طور مساوی در نظر گرفته شوند. این مورد اخیر از اهمیت ویژه ای برخوردار است و اگر قرار است طراحی بهینه در حداقل زمان و هزینه انجام شود نباید نادیده گرفته شود.

یک صفحه چند لایه با استفاده از یک سطح زمین و/یا صفحه قدرت ، میزان قابل توجهی از انتشار تابش را در مقایسه با یک صفحه دو لایه ایجاد می کند. یک قاعده کلی که استفاده می شود این است که یک صفحه چهار لایه 15dB تابش کمتری نسبت به یک صفحه دو لایه تولید می کند و همه عوامل دیگر برابر هستند. تخته ای با سطح صاف به دلایل زیر بسیار بهتر از تخته بدون سطح صاف است:

1. آنها اجازه می دهند تا سیگنال ها به عنوان خطوط میکرواستریپ (یا خطوط روبان) هدایت شوند. این ساختارها خطوط انتقال امپدانس کنترل شده با تابش بسیار کمتر از سیم کشی تصادفی مورد استفاده در تخته های دو لایه هستند.

2. سطح زمین امپدانس زمین (و در نتیجه صدای زمین) را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.

اگرچه دو صفحه با موفقیت در محفظه های بدون محافظ 20-25 مگاهرتز استفاده شده است ، اما این موارد استثنا هستند تا قاعده. بالاتر از حدود 10-15 مگاهرتز ، معمولاً باید صفحات چند لایه را در نظر گرفت.

هنگام استفاده از تخته چند لایه باید به پنج هدف برسید. آنها عبارتند از:

1. لایه سیگنال همیشه باید در مجاورت صفحه قرار گیرد.

2. لایه سیگنال باید محکم (نزدیک به) به سطح مجاور آن متصل شود.

3 ، هواپیمای قدرت و هواپیمای زمینی باید با هم ترکیب شوند.

4 ، سیگنال با سرعت بالا باید در خط بین دو هواپیما دفن شود ، هواپیما می تواند نقش محافظتی داشته باشد و می تواند تابش خط چاپ شده با سرعت بالا را سرکوب کند.

5- هواپیماهای زمین گیر متعدد دارای مزایای زیادی هستند زیرا امپدانس اتصال زمین (صفحه مرجع) برد را کاهش داده و تابش حالت معمولی را کاهش می دهند.

به طور کلی ، ما با انتخاب بین اتصال سیگنال/مجاورت مجاورت (هدف 2) و کوپلینگ مجاورت صفحه قدرت/زمین (هدف 3) روبرو هستیم. با استفاده از تکنیک های معمول ساخت PCB ، خازن صفحه تخت بین منبع تغذیه مجاور و سطح زمین برای ارائه جداسازی کافی زیر 500 مگاهرتز کافی نیست.

بنابراین ، جداسازی باید با وسایل دیگر مورد بررسی قرار گیرد و ما عموماً باید یک اتصال محکم بین سیگنال و صفحه برگشت فعلی را انتخاب کنیم. مزایای اتصال محکم بین لایه سیگنال و صفحه برگشت فعلی بر معایب ناشی از از دست دادن خازنی جزئی بین صفحات بیشتر خواهد بود.

هشت لایه حداقل تعداد لایه هایی است که می توان برای دستیابی به هر پنج این اهداف استفاده کرد. برخی از این اهداف باید در چهار تخته و شش تخته مصالحه شود. در این شرایط ، شما باید تعیین کنید که کدام اهداف برای طراحی مورد نظر مهمتر هستند.

پاراگراف بالا نباید به این معنا تفسیر شود که شما نمی توانید یک طراحی EMC خوب را بر روی یک تخته چهار یا شش طبقه انجام دهید. این فقط نشان می دهد که همه اهداف را نمی توان در یک زمان به دست آورد و به نوعی سازش نیاز است.

از آنجا که همه اهداف مورد نظر EMC را می توان با هشت لایه به دست آورد ، هیچ دلیلی برای استفاده از بیش از هشت لایه وجود ندارد مگر اینکه بتواند لایه های مسیریابی سیگنال اضافی را در خود جای دهد.

از نظر مکانیکی ، هدف ایده آل دیگر این است که سطح مقطع برد مدار چاپی متقارن (یا متعادل) باشد تا از تاب خوردن جلوگیری شود.

به عنوان مثال ، در یک تخته هشت لایه ، اگر لایه دوم یک صفحه است ، پس لایه هفتم نیز باید یک صفحه باشد.

بنابراین ، همه تنظیمات ارائه شده در اینجا از ساختارهای متقارن یا متوازن استفاده می کنند. در صورت مجاز بودن ساختارهای نامتقارن یا نامتعادل ، می توان سایر پیکربندی های آبشار را ایجاد کرد.

تخته چهار لایه

شایع ترین ساختار صفحه چهار لایه در شکل 1 نشان داده شده است (صفحه قدرت و صفحه زمین قابل تعویض هستند). این شامل چهار لایه به طور مساوی با یک سطح قدرت داخلی و یک سطح زمین است. این دو لایه سیم کشی خارجی معمولاً جهت سیم کشی متعامد دارند.

اگرچه این ساختار بسیار بهتر از پانل های دوجداره است ، اما ویژگی های مطلوب تری ندارد.

برای لیست اهداف قسمت 1 ، این پشته فقط هدف (1) را برآورده می کند. اگر لایه ها به طور مساوی از هم فاصله داشته باشند ، بین لایه سیگنال و صفحه برگشت فعلی فاصله زیادی وجود دارد. همچنین فاصله زیادی بین هواپیمای قدرت و سطح زمین وجود دارد.

برای یک تخته چهار لایه ، ما نمی توانیم هر دو نقص را به طور همزمان اصلاح کنیم ، بنابراین باید تصمیم بگیریم که کدام برای ما مهمتر است.

همانطور که قبلاً ذکر شد ، ظرفیت بین لایه بین منبع تغذیه مجاور و سطح زمین برای ارائه جداسازی کافی با استفاده از تکنیک های معمول تولید PCB کافی نیست.

جداسازی باید با روشهای دیگر انجام شود و ما باید یک اتصال محکم بین سیگنال و صفحه برگشت فعلی را انتخاب کنیم. مزایای اتصال محکم بین لایه سیگنال و صفحه برگشت فعلی از معایب اندکی از دست دادن خازن بین لایه ها بیشتر است.

بنابراین ، ساده ترین راه برای بهبود عملکرد EMC صفحه چهار لایه این است که لایه سیگنال را تا حد ممکن به صفحه نزدیک کنیم. 10mil) ، و از یک هسته دی الکتریک بزرگ بین منبع قدرت و سطح زمین استفاده می کند (> 40mil) ، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است.

این سه مزیت و معایب کمی دارد. منطقه حلقه سیگنال کوچکتر است ، بنابراین تابش حالت دیفرانسیل کمتری تولید می شود. در مورد فاصله 5 میلی متری بین لایه سیم کشی و لایه صفحه ، کاهش تابش حلقه 10dB یا بیشتر را می توان نسبت به یک ساختار انباشته شده به همان اندازه به دست آورد.

دوم ، اتصال محکم سیم کشی سیگنال به زمین امپدانس مسطح (سلف) را کاهش می دهد ، بنابراین تابش حالت معمولی کابل متصل به برد را کاهش می دهد.

سوم ، اتصال محکم سیم کشی به هواپیما باعث کاهش تقابل بین سیم کشی می شود. برای فاصله ثابت کابل ، تقاطع متناسب با مربع ارتفاع کابل است. این یکی از ساده ترین ، ارزان ترین و نادیده گرفته شده ترین راه ها برای کاهش تشعشع یک PCB چهار لایه است.

با این ساختار آبشار ، ما هر دو هدف (1) و (2) را برآورده می کنیم.

چه امکانات دیگری برای ساختار روکش چهار لایه وجود دارد؟ خوب ، ما می توانیم کمی از یک ساختار غیر متعارف استفاده کنیم ، یعنی تغییر لایه سیگنال و لایه صفحه در شکل 2 برای تولید آبشار نشان داده شده در شکل 3A.

مزیت اصلی این لمینت این است که صفحه بیرونی محافظی برای هدایت سیگنال در لایه داخلی فراهم می کند. نقطه ضعف این است که سطح زمین ممکن است توسط پدهای قطعه با چگالی بالا روی PCB به شدت بریده شود. با برگشت هواپیما ، قرار دادن سطح قدرت در کنار عنصر و قرار دادن سطح زمین در طرف دیگر تخته تا حدودی می توان این امر را کاهش داد.

ثانیاً ، برخی از افراد داشتن یک هواپیمای قدرت در معرض دید را دوست ندارند و سوم ، لایه های سیگنال مدفون کار مجدد روی برد را دشوار می کند. آبشار هدف (1) ، (2) و تا حدی هدف (4) را برآورده می کند.

دو مورد از این سه مشکل را می توان با یک آبشار کاهش داد ، همانطور که در شکل 3B نشان داده شده است ، جایی که دو صفحه بیرونی هواپیما زمینی هستند و منبع تغذیه به عنوان سیم کشی روی صفحه سیگنال هدایت می شود.منبع تغذیه باید با استفاده از آثار گسترده در لایه سیگنال به صورت شطرنجی مسیریابی شود.

دو مزیت دیگر این آبشار عبارتند از:

(1) دو صفحه زمین امپدانس زمین بسیار کمتری را ارائه می دهند ، بنابراین تابش کابل حالت معمول را کاهش می دهد.

(2) دو صفحه زمین را می توان در حاشیه صفحه به هم دوخت تا همه آثار سیگنال را در قفس فارادی مهر و موم کند.

از نظر EMC ، این لایه بندی ، اگر به خوبی انجام شود ، ممکن است بهترین لایه بندی یک PCB چهار لایه باشد. اکنون ما اهداف (1) ، (2) ، (4) و (5) را تنها با یک تخته چهار لایه برآورده کرده ایم.

شکل 4 یک احتمال چهارم را نشان می دهد ، نه یک حالت معمول ، بلکه یک احتمال خوب است. این شبیه به شکل 2 است ، اما از سطح زمین به جای صفحه قدرت استفاده می شود و منبع تغذیه به عنوان اثری روی لایه سیگنال برای سیم کشی عمل می کند.

این آبشار بر مشکل دوباره کارکرد فوق غلبه می کند و همچنین به دلیل دو سطح زمین امپدانس پایین زمین را فراهم می کند. با این حال ، این هواپیماها هیچ محافظی ندارند. این پیکربندی اهداف (1) ، (2) و (5) را برآورده می کند ، اما اهداف (3) یا (4) را برآورده نمی کند.

بنابراین ، همانطور که می بینید ، گزینه های بیشتری برای لایه بندی چهار لایه نسبت به آنچه که در ابتدا تصور می کردید وجود دارد ، و این امکان وجود دارد که چهار مورد از پنج هدف خود را با چهار لایه PCBS برآورده کنید. از نظر EMC ، لایه بندی شکل های 2 ، 3b و 4 همه به خوبی کار می کنند.

تخته 6 لایه

بیشتر تخته های شش لایه از چهار لایه سیم کشی سیگنال و دو لایه صفحه تشکیل شده اند و تخته های شش لایه به طور کلی از نظر EMC بر تخته های چهار لایه برتری دارند.

شکل 5 یک ساختار آبشار را نشان می دهد که نمی تواند در یک تخته شش لایه استفاده شود.

این سطوح محافظتی برای لایه سیگنال ایجاد نمی کنند و دو لایه سیگنال (1 و 6) در مجاورت یک صفحه قرار ندارند. این آرایش تنها در صورتی کار می کند که تمام سیگنال های فرکانس بالا در لایه های 2 و 5 هدایت شوند و فقط سیگنال های فرکانس بسیار پایین ، یا بهتر از آن ، هیچ سیم سیگنالی (فقط پد لحیم کاری) در لایه های 1 و 6 هدایت نشوند.

در صورت استفاده ، هر قسمت بلااستفاده در طبقه 1 و 6 باید آسفالت شود و viAS تا حد امکان به طبقه اصلی متصل شود.

این پیکربندی تنها یکی از اهداف اصلی ما را برآورده می کند (هدف 3).

با در اختیار داشتن شش لایه ، اصل تهیه دو لایه مدفون برای سیگنال های با سرعت بالا (همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است) به راحتی اجرا می شود ، همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است. این پیکربندی همچنین دو لایه سطحی را برای سیگنال های با سرعت پایین فراهم می کند.

این احتمالاً رایج ترین ساختار شش لایه است و اگر به خوبی انجام شود در کنترل انتشار الکترومغناطیسی بسیار مثر است. این پیکربندی هدف 1,2,4،3,5،XNUMX را برآورده می کند ، اما هدف XNUMX،XNUMX را برآورده نمی کند. عیب اصلی آن جداسازی هواپیمای قدرت و هواپیمای زمینی است.

به دلیل این جداسازی ، ظرفیت بین هواپیما زیاد بین سطح قدرت و سطح زمین وجود ندارد ، بنابراین برای کنار آمدن با این وضعیت باید طراحی جداسازی دقیق را انجام داد. برای اطلاعات بیشتر در مورد جداسازی ، نکات تکنیک جداسازی ما را ببینید.

یک ساختار شش لایه تقریباً یکسان و خوش رفتار در شکل 7 نشان داده شده است.

H1 نشان دهنده لایه مسیریابی افقی سیگنال 1 ، V1 نشان دهنده لایه مسیریابی عمودی سیگنال 1 است ، H2 و V2 برای سیگنال 2 معنای یکسانی را نشان می دهند و مزیت این ساختار این است که سیگنال های مسیریابی متعامد همیشه به یک صفحه اشاره می کنند.

برای درک دلیل اهمیت این موضوع ، قسمت قسمت سیگنال به مرجع را در قسمت 6 ببینید. عیب این است که سیگنال های لایه 1 و لایه 6 محافظت نمی شوند.

بنابراین ، لایه سیگنال باید بسیار نزدیک به سطح مجاور خود باشد و از یک لایه هسته میانی ضخیم تر برای تشکیل ضخامت صفحه مورد نیاز استفاده شود. فاصله بین صفحات ضخامت 0.060 اینچ معمولی احتمالاً 0.005 “/ 0.005″/ 0.040 “/ 0.005″/ 0.005 “/ 0.005” است. این ساختار اهداف 1 و 2 را برآورده می کند ، اما اهداف 3 ، 4 یا 5 را برآورده نمی کند.

صفحه شش لایه دیگر با عملکرد عالی در شکل 8 نشان داده شده است. این دو لایه سیگنال مدفون و نیروی مجاور و هواپیماهای زمینی را برای برآوردن هر پنج هدف فراهم می کند. با این حال ، بزرگترین اشکال این است که فقط دو لایه سیم کشی دارد ، بنابراین اغلب استفاده نمی شود.

برای به دست آوردن سازگاری الکترومغناطیسی خوب ، صفحه شش لایه راحت تر از صفحه چهار لایه است. ما از مزیت چهار لایه مسیریابی سیگنال به جای محدود شدن به دو لایه برخورداریم.

همانطور که در مورد برد مدار چهار لایه ، PCB شش لایه چهار مورد از پنج هدف ما را برآورده کرد. اگر خود را به دو لایه مسیریابی سیگنال محدود کنیم ، هر پنج هدف را می توان برآورده کرد. ساختارهای شکل 6 ، شکل 7 و شکل 8 همگی از دیدگاه EMC به خوبی کار می کنند.