PCB pinoaminen on tärkeä tekijä tuotteiden EMC -suorituskyvyn määrittämisessä. Hyvä kerrostus voi olla erittäin tehokas vähentämään piirilevyn silmukan (differentiaalimoodipäästöt) sekä piirilevyyn kytkettyjen kaapeleiden säteilyä (yhteismuotoinen emissio).

Toisaalta huono kaskadi voi lisätä huomattavasti molempien mekanismien säteilyä. Neljä tekijää on tärkeää levyjen pinoamisen huomioon ottamiseksi:

1. Kerrosten määrä;

2. Käytettyjen kerrosten lukumäärä ja tyyppi (teho ja/tai maa);

3. Kerrosten järjestys tai järjestys;

4. Kerrosten välinen aika.

Yleensä otetaan huomioon vain kerrosten lukumäärä. Monissa tapauksissa muut kolme tekijää ovat yhtä tärkeitä, ja neljäs ei ole toisinaan edes PCB -suunnittelijan tiedossa. Kun määrität kerrosten määrää, ota huomioon seuraavat asiat:

1. Signaalin määrä ja johdotuksen hinta;

2. Taajuus;

3. Onko tuotteen täytettävä A- tai B -luokan lanseerausvaatimukset?

4. PCB on suojatussa tai suojaamattomassa kotelossa;

5. Suunnittelutiimin EMC -tekniikan asiantuntemus.

Yleensä vain ensimmäinen termi otetaan huomioon. Itse asiassa kaikki asiat olivat elintärkeitä ja niitä olisi pidettävä tasapuolisina. Tämä viimeinen kohta on erityisen tärkeä, eikä sitä pidä jättää huomiotta, jos halutaan optimaalinen suunnittelu mahdollisimman lyhyessä ajassa ja kustannuksilla.

Monikerroksinen levy, joka käyttää maata ja/tai tehotasoa, vähentää merkittävästi säteilypäästöjä verrattuna kaksikerroksiseen levyyn. Yleinen peukalosääntö on, että nelikerroksinen levy tuottaa 15 dB vähemmän säteilyä kuin kaksikerroksinen levy, kun kaikki muut tekijät ovat yhtä suuret. Tasaisella pinnalla varustettu levy on paljon parempi kuin levy ilman tasaista pintaa seuraavista syistä:

1. Niiden avulla signaalit voidaan reitittää mikroliuskaviivoiksi (tai nauhaviivoiksi). Nämä rakenteet ovat ohjattuja impedanssisia siirtolinjoja, joissa on paljon vähemmän säteilyä kuin kaksikerroksisissa levyissä käytetyt satunnaiset johdot;

2. Maataso vähentää merkittävästi maan impedanssia (ja siten maan kohinaa).

Vaikka kahta levyä on käytetty menestyksekkäästi 20-25 MHz: n suojaamattomissa koteloissa, nämä tapaukset ovat pikemminkin poikkeus kuin sääntö. Noin 10-15 MHz: n yläpuolella tulisi yleensä harkita monikerroksisia paneeleja.

On viisi tavoitetta, jotka sinun pitäisi yrittää saavuttaa käytettäessä monikerroslevyä. Ne ovat:

1. Signaalikerroksen tulee aina olla tason vieressä;

2. Signaalikerroksen tulee olla tiiviisti kytketty (lähellä) viereiseen tasoonsa;

3, tehotaso ja maataso on yhdistettävä tiiviisti;

4, nopean signaalin tulisi olla haudattu kahden tason väliseen linjaan, kone voi olla suojaava rooli ja voi tukahduttaa nopean painetun linjan säteilyn;

5. Useilla maadoitustasoilla on monia etuja, koska ne pienentävät levyn maadoitusimpedanssia ja vähentävät yhteismoodisäteilyä.

Yleensä valittavana on signaali/taso -läheisyyskytkentä (tavoite 2) ja teho/maataso -läheisyyskytkin (tavoite 3). Tavanomaisilla piirilevyrakentamistekniikoilla litteän levyn kapasitanssi viereisen virtalähteen ja maatason välillä on riittämätön riittävän irrotuksen aikaansaamiseksi alle 500 MHz.

Siksi irrotus on käsiteltävä muilla tavoilla, ja meidän on yleensä valittava tiukka kytkentä signaalin ja nykyisen paluutason välillä. Signaalikerroksen ja nykyisen paluutason välisen tiiviin kytkennän edut ovat suurempia kuin haitat, jotka aiheutuvat tasojen välisestä pienestä kapasitanssin heikkenemisestä.

Kahdeksan kerrosta on vähimmäismäärä kerroksia, joita voidaan käyttää kaikkien näiden viiden tavoitteen saavuttamiseen. Jotkut näistä tavoitteista joutuvat vaarantumaan neljän ja kuuden kerroksen levyillä. Näissä olosuhteissa sinun on määritettävä, mitkä tavoitteet ovat tärkeimpiä suunnitellulle suunnittelulle.

Yllä olevaa kohtaa ei tule tulkita siten, että et voi tehdä hyvää EMC-suunnittelua neljän tai kuuden tason levyllä, kuten voit. Se vain osoittaa, että kaikkia tavoitteita ei voida saavuttaa kerralla ja että tarvitaan jonkinlainen kompromissi.

Koska kaikki halutut EMC -tavoitteet voidaan saavuttaa kahdeksalla kerroksella, ei ole mitään syytä käyttää enempää kuin kahdeksaa kerrosta paitsi ylimääräisten signaalireitityskerrosten sijoittamiseksi.

Mekaaniselta kannalta toinen ihanteellinen tavoite on tehdä piirilevyn poikkileikkauksesta symmetrinen (tai tasapainotettu) vääntymisen estämiseksi.

Esimerkiksi kahdeksankerroksisella levyllä, jos toinen kerros on taso, seitsemännen kerroksen tulisi myös olla taso.

Siksi kaikki tässä esitetyt kokoonpanot käyttävät symmetrisiä tai tasapainoisia rakenteita. Jos epäsymmetriset tai epätasapainoiset rakenteet ovat sallittuja, on mahdollista rakentaa muita kaskadisia kokoonpanoja.

Nelikerroksinen levy

Yleisin nelikerroksinen levyrakenne on esitetty kuvassa 1 (tehotaso ja maataso ovat vaihdettavissa). Se koostuu neljästä tasaisesti sijoitetusta kerroksesta, joissa on sisäinen tehotaso ja maataso. Näillä kahdella ulkoisella johdotuskerroksella on yleensä ortogonaalinen johdotussuunta.

Vaikka tämä rakenne on paljon parempi kuin kaksoispaneelit, sillä on joitain vähemmän toivottavia ominaisuuksia.

Osassa 1 olevien kohteiden luettelon osalta tämä pino täyttää vain kohteen (1). Jos kerrokset ovat tasavälein, signaalikerroksen ja nykyisen paluutason välillä on suuri rako. Teho- ja maatason välillä on myös suuri rako.

Nelikerroksisessa levyssä emme voi korjata molempia vikoja samanaikaisesti, joten meidän on päätettävä, mikä on meille tärkeintä.

Kuten aiemmin mainittiin, viereisen virtalähteen ja maatason välinen kerrosten välinen kapasitanssi on riittämätön riittävän irrottamisen aikaansaamiseksi tavanomaisilla PCB -valmistustekniikoilla.

Irrotus on käsiteltävä muilla tavoilla, ja meidän on valittava tiukka kytkentä signaalin ja nykyisen paluutason välillä. Signaalikerroksen ja nykyisen paluutason välisen tiukan kytkennän edut ovat suuremmat kuin haitat, jotka aiheutuvat vähäisestä välikerroksen kapasitanssin heikkenemisestä.

Siksi yksinkertaisin tapa parantaa nelikerroksisen levyn EMC-suorituskykyä on tuoda signaalikerros mahdollisimman lähelle tasoa. 10mil) ja käyttää suurta dielektristä ydintä virtalähteen ja maatason välillä (> 40mil), kuten kuvassa 2 on esitetty.

Tällä on kolme etua ja muutama haitta. Signaalisilmukan alue on pienempi, joten differentiaalimoodisäteilyä syntyy vähemmän. Jos johdotuskerroksen ja tasokerroksen välissä on 5 millimetrin väli, silmukkasäteilyn vähennys 10 dB tai enemmän voidaan saavuttaa suhteessa tasaisesti sijoitettuun pinottuun rakenteeseen.

Toiseksi signaalijohtojen tiukka kytkentä maahan vähentää tasomaista impedanssia (induktanssia), mikä vähentää levylle liitetyn kaapelin yhteismuotoista säteilyä.

Kolmanneksi johdotuksen tiivis kytkentä tasoon vähentää johdotusten välistä ylikuulumista. Kiinteillä kaapeliväleillä ylikuuluminen on verrannollinen kaapelin korkeuden neliöön. Tämä on yksi helpoimmista, halvimmista ja unohdetuimmista tavoista vähentää nelikerroksisen piirilevyn säteilyä.

Tällä kaskadijärjestelmällä täytämme molemmat tavoitteet (1) ja (2).

Mitä muita mahdollisuuksia on nelikerroksiselle laminoidulle rakenteelle? Voimme käyttää hieman epätavallista rakennetta, nimittäin signaalikerroksen ja tasokerroksen vaihtamista kuviossa 2 kuviossa 3A esitetyn kaskadin tuottamiseksi.

Tämän laminoinnin tärkein etu on, että ulompi taso tarjoaa suojan signaalin reititystä varten sisäkerroksessa. Haittapuolena on, että PCB: n suuritiheyksiset komponenttilevyt voivat leikata maatasoa voimakkaasti. Tätä voidaan lievittää jossain määrin kääntämällä tasoa, asettamalla tehotaso elementin puolelle ja asettamalla maataso levyn toiselle puolelle.

Toiseksi jotkut ihmiset eivät pidä paljastetusta tehotasosta, ja kolmanneksi haudatut signaalikerrokset vaikeuttavat levyn uudelleenkäsittelyä. Kaskadi täyttää tavoitteen (1), (2) ja osittain tavoitteen (4).

Kaksi näistä kolmesta ongelmasta voidaan lieventää kaskadilla, kuten kuviossa 3B esitetään, jossa kaksi ulkotasoa ovat maatasoja ja virtalähde reititetään signaalitasolle johdotuksena.Virtalähde on reititettävä rasteri käyttäen leveitä jälkiä signaalikerroksessa.

Tämän kaskadin kaksi muuta etua ovat:

(1) Kaksi maatasoa tarjoavat paljon pienemmän maanimpedanssin, mikä vähentää yhteismoodin kaapelisäteilyä;

(2) Kaksi maatasoa voidaan ommella yhteen levyn kehällä tiivistämään kaikki signaalijäljet ​​Faradayn häkissä.

EMC-näkökulmasta tämä kerros, jos se on tehty hyvin, voi olla paras kerros nelikerroksisesta piirilevystä. Nyt olemme saavuttaneet tavoitteet (1), (2), (4) ja (5) vain yhdellä nelikerroksisella levyllä.

Kuvio 4 esittää neljännen vaihtoehdon, joka ei ole tavallinen, mutta joka voi toimia hyvin. Tämä on samanlainen kuin kuvassa 2, mutta maatasoa käytetään tehotason sijasta, ja virtalähde toimii jälkenä johdotuksen signaalikerroksessa.

Tämä kaskadi voittaa edellä mainitun uudelleenkäsittelyongelman ja tarjoaa myös alhaisen maanimpedanssin kahden maatason vuoksi. Nämä koneet eivät kuitenkaan tarjoa suojaa. Tämä kokoonpano täyttää tavoitteet (1), (2) ja (5), mutta ei täytä tavoitteita (3) tai (4).

Joten kuten näette, nelikerroksiselle kerrokselle on enemmän vaihtoehtoja kuin alun perin luulisi, ja on mahdollista saavuttaa neljä viidestä tavoitteestamme nelikerroksisella PCBS: llä. EMC -näkökulmasta kuvien 2, 3b ja 4 kerrostaminen toimii hyvin.

6 -kerroksinen levy

Useimmat kuusikerroksiset levyt koostuvat neljästä signaalijohdotuskerroksesta ja kahdesta tasokerroksesta, ja kuusikerroksiset levyt ovat EMC-näkökulmasta yleensä parempia kuin nelikerroksiset levyt.

Kuvio 5 esittää porrastettua rakennetta, jota ei voida käyttää kuusikerroksisella levyllä.

Nämä tasot eivät tarjoa suojausta signaalikerrokselle, ja kaksi signaalikerrosta (1 ja 6) eivät ole tason vieressä. Tämä järjestely toimii vain, jos kaikki korkeataajuiset signaalit reititetään kerroksissa 2 ja 5 ja vain erittäin matalataajuiset signaalit, tai mikä vielä parempaa, signaalijohtoja ei ole lainkaan (vain juotoslevyt) kerroksissa 1 ja 6.

Jos niitä käytetään, kerrosten 1 ja 6 käyttämättömät alueet on päällystettävä ja viAS kiinnitettävä pääkerrokseen mahdollisimman monessa paikassa.

Tämä kokoonpano täyttää vain yhden alkuperäisistä tavoitteistamme (tavoite 3).

Kun käytettävissä on kuusi kerrosta, periaate kahden haudatun kerroksen järjestämiseksi nopeille signaaleille (kuten kuvassa 3) on helppo toteuttaa, kuten kuvassa 6 esitetään. Tämä kokoonpano tarjoaa myös kaksi pintakerrosta hitaille signaaleille.

Tämä on luultavasti yleisin kuusikerroksinen rakenne ja voi hyvin hallita sähkömagneettista säteilyä, jos se tehdään hyvin. Tämä kokoonpano täyttää tavoitteen 1,2,4, mutta ei tavoitetta 3,5. Sen suurin haitta on tehotason ja maatason erottaminen.

Tämän erottelun vuoksi tehotason ja maatason välillä ei ole paljon tasojen välistä kapasitanssia, joten tämän tilanteen ratkaisemiseksi on suoritettava huolellinen irrotus. Lisätietoja irrottamisesta on vinkkeissämme.

Lähes identtinen, hyvin käyttäytyvä kuusikerroksinen laminoitu rakenne on esitetty kuvassa 7.

H1 edustaa signaalin 1 vaakasuoraa reitityskerrosta, V1 edustaa signaalin 1 pystysuoraa reitityskerrosta, H2 ja V2 edustavat samaa merkitystä signaalille 2, ja tämän rakenteen etuna on, että ortogonaaliset reitityssignaalit viittaavat aina samaan tasoon.

Jos haluat ymmärtää, miksi tämä on tärkeää, katso osan 6 signaalista vertailutasoon osio. Haittana on, että kerroksen 1 ja kerroksen 6 signaaleja ei ole suojattu.

Siksi signaalikerroksen tulisi olla hyvin lähellä sen viereistä tasoa ja paksumpaa keskikerroskerrosta tulisi käyttää vaaditun levyn paksuuden muodostamiseksi. Tyypillinen 0.060 tuuman paksu levyväli on todennäköisesti 0.005 “/ 0.005″/ 0.040 “/ 0.005″/ 0.005 “/ 0.005”. Tämä rakenne täyttää tavoitteet 1 ja 2, mutta ei tavoitteita 3, 4 tai 5.

Toinen kuuden kerroksen levy, jolla on erinomainen suorituskyky, on esitetty kuvassa 8. Se tarjoaa kaksi signaaliin haudattua kerrosta ja viereiset teho- ja maatasot kaikkien viiden tavoitteen saavuttamiseksi. Suurin haittapuoli on kuitenkin se, että siinä on vain kaksi johdotuskerrosta, joten sitä ei käytetä kovin usein.

Kuusikerroksinen levy on helpompi saada hyvä sähkömagneettinen yhteensopivuus kuin nelikerroksinen levy. Meillä on myös se etu, että neljä signaalin reitityskerrosta on rajoitettu kahteen.

Kuten nelikerroksisen piirilevyn tapauksessa, kuusikerroksinen piirilevy täytti neljä viidestä tavoitteestamme. Kaikki viisi tavoitetta voidaan saavuttaa, jos rajoitumme kahteen signaalin reitityskerrokseen. Kuvioiden 6, 7 ja 8 rakenteet toimivat kaikki hyvin EMC -näkökulmasta.