PCB o apilamento é un factor importante para determinar o rendemento EMC dos produtos. Unha boa capa pode ser moi eficaz na redución da radiación do circuíto PCB (emisión en modo diferencial), así como dos cables conectados á placa (emisión en modo común).

Por outra banda, unha mala fervenza pode aumentar moito a radiación de ambos mecanismos. Catro factores son importantes para considerar o apilamento de placas:

1. Número de capas;

2. O número e o tipo de capas empregadas (potencia e / ou terra);

3. A orde ou secuencia de capas;

4. O intervalo entre capas.

Normalmente só se ten en conta o número de capas. En moitos casos, os outros tres factores son igualmente importantes, e o cuarto ás veces nin sequera o coñece o deseñador de PCB. Ao determinar o número de capas, considere o seguinte:

1. Cantidade de sinal e custo do cableado;

2. Frecuencia;

3. O produto ten que cumprir os requisitos de lanzamento da clase A ou clase B?

4. O PCB está en carcasas apantalladas ou sen apantallar;

5. Pericia en enxeñaría EMC do equipo de deseño.

Normalmente só se considera o primeiro termo. De feito, todos os elementos eran vitais e deberían considerarse por igual. Este último elemento é particularmente importante e non se debe esquecer se se quere lograr un deseño óptimo no menor tempo e custo.

Unha placa multicapa que usa un plano de terra e / ou potencia proporciona unha redución significativa na emisión de radiación en comparación cunha placa de dúas capas. Unha regra xeral empregada é que unha placa de catro capas produce 15dB menos radiación que unha placa de dúas capas, sendo os demais factores iguais. Un taboleiro cunha superficie plana é moito mellor que un taboleiro sen unha superficie plana polos seguintes motivos:

1. Permiten que os sinais se encamiñen como liñas de microstrip (ou liñas de cinta). Estas estruturas son liñas de transmisión de impedancia controlada con moita menos radiación que o cableado aleatorio empregado nas placas de dúas capas;

2. O plano de terra reduce significativamente a impedancia do chan (e, polo tanto, o ruído do chan).

Aínda que se utilizaron dúas placas con éxito en recintos non apantallados de 20-25 MHz, estes casos son a excepción e non a regra. Por riba de aproximadamente 10-15 mhz, normalmente débense considerar os paneis multicapa.

Hai cinco obxectivos que debes intentar acadar cando uses un taboleiro de varias capas. Son:

1. A capa de sinal debe estar sempre adxacente ao plano;

2. A capa de sinal debe estar ben unida (próxima) ao seu plano adxacente;

3, o plano de potencia e o plano de terra deben combinarse de preto;

4, o sinal de alta velocidade debe estar enterrado na liña entre dous planos, o avión pode desempeñar un papel de protección e pode suprimir a radiación da liña impresa de alta velocidade;

5. Os planos de conexión a terra múltiples teñen moitas vantaxes porque reducen a impedancia de conexión a terra (plano de referencia) da tarxeta e reducen a radiación en modo común.

En xeral, atopámonos cunha elección entre o acoplamiento de proximidade sinal / plano (obxectivo 2) e o acoplamiento de proximidade de potencia / plano de terra (obxectivo 3). Coas técnicas de construción de PCB convencionais, a capacidade da placa plana entre a fonte de enerxía adxacente e o plano de terra é insuficiente para proporcionar un desacoplamento suficiente por debaixo dos 500 MHz.

Polo tanto, o desacoplamiento debe abordarse por outros medios e, polo xeral, debemos escoller un acoplamento axustado entre o sinal e o plano de retorno actual. As vantaxes do acoplamento axustado entre a capa de sinal e o plano de retorno actual superarán as desvantaxes causadas por unha lixeira perda de capacidade entre os planos.

Oito capas é o número mínimo de capas que se poden empregar para acadar estes cinco obxectivos. Algúns destes obxectivos terán que ser comprometidos en cadros de catro e seis capas. Nestas condicións, debes determinar que obxectivos son os máis importantes para o deseño.

O parágrafo anterior non debe interpretarse como que non podes facer un bo deseño EMC nunha placa de catro ou seis niveis, como podes. Simplemente demostra que non se poden alcanzar todos os obxectivos á vez e que se require algún tipo de compromiso.

Dado que todos os obxectivos EMC desexados poden alcanzarse con oito capas, non hai ningunha razón para usar máis de oito capas, excepto para acomodar capas de enrutamento de sinal adicionais.

Desde o punto de vista mecánico, outro obxectivo ideal é facer que a sección transversal da placa PCB sexa simétrica (ou equilibrada) para evitar deformacións.

Por exemplo, nun taboleiro de oito capas, se a segunda capa é un plano, entón a sétima tamén debería ser un plano.

Polo tanto, todas as configuracións presentadas aquí usan estruturas simétricas ou equilibradas. Se se permiten estruturas asimétricas ou desequilibradas, é posible construír outras configuracións en cascada.

Cadro de catro capas

A estrutura de placas de catro capas máis común móstrase na Figura 1 (o plano de potencia e o plano de terra son intercambiables). Consta de catro capas espaciadas uniformemente cun plano de potencia interno e un plano de terra. Estas dúas capas de cableado externo normalmente teñen direccións de cableado ortogonais.

Aínda que esta construción é moito mellor que os paneis dobres, ten algunhas características menos desexables.

Para a lista de obxectivos da Parte 1, esta pila só cumpre o obxectivo (1). Se as capas están igualmente espaciadas, hai un gran espazo entre a capa de sinal e o plano de retorno actual. Tamén hai un gran oco entre o plano de potencia e o plano de terra.

Para un taboleiro de catro capas, non podemos corrixir os dous defectos ao mesmo tempo, polo que debemos decidir cal é o máis importante para nós.

Como se mencionou anteriormente, a capacidade entre capas entre a fonte de enerxía adxacente e o plano de terra é insuficiente para proporcionar un desacoplamiento adecuado usando as técnicas convencionais de fabricación de PCB.

O desacoplamiento debe manexarse ​​por outros medios e debemos escoller un acoplamento axustado entre o sinal e o plano de retorno actual. As vantaxes do acoplamento axustado entre a capa de sinal e o plano de retorno actual superarán as desvantaxes dunha pequena perda de capacidade entre capas.

Polo tanto, o xeito máis sinxelo de mellorar o rendemento EMC da placa de catro capas é achegar a capa de sinal o máis preto posible do plano. 10mil), e utiliza un gran núcleo dieléctrico entre a fonte de enerxía e o plano terrestre (> 40mil), como se mostra na figura 2.

Isto ten tres vantaxes e poucas desvantaxes. A área do lazo de sinal é menor, polo que se xera menos radiación en modo diferencial. Para o caso dun intervalo de 5mil entre a capa de cableado e a capa plana, pódese conseguir unha redución de radiación en bucle de 10dB ou máis en relación cunha estrutura apilada igualmente espaciada.

En segundo lugar, o acoplamento axustado do cableado de sinal ao chan reduce a impedancia plana (inductancia), reducindo así a radiación en modo común do cable conectado á placa.

En terceiro lugar, o acoplamento axustado do cableado ao plano reducirá a diafonía entre o cableado. Para un espazo fixo entre os cables, a diafonía é proporcional ao cadrado da altura do cable. Esta é unha das formas máis sinxelas, máis baratas e máis ignoradas de reducir a radiación dun PCB de catro capas.

Con esta estrutura en fervenza, satisfacemos os dous obxectivos (1) e (2).

Que outras posibilidades hai para a estrutura laminada de catro capas? Ben, podemos usar unha estrutura pouco convencional, a saber, cambiar a capa de sinal e a capa plana da figura 2 para producir a fervenza que se mostra na figura 3A.

A principal vantaxe desta laminación é que o plano exterior proporciona blindaxe para o enrutamento do sinal na capa interna. A desvantaxe é que o plano de terra pode estar fortemente cortado polas almofadas de compoñentes de alta densidade do PCB. Isto pódese aliviar ata certo punto invertendo o plano, colocando o plano de potencia no lado do elemento e colocando o plano de terra no outro lado do taboleiro.

En segundo lugar, a algunhas persoas non lles gusta ter un plano de potencia exposto e, en terceiro lugar, as capas de sinal enterradas dificultan a reelaboración da placa. A fervenza cumpre o obxectivo (1), (2) e satisfai parcialmente o obxectivo (4).

Dous destes tres problemas poden mitigarse por unha fervenza como se mostra na Figura 3B, onde os dous planos exteriores son planos de terra e a fonte de alimentación encamíñase no plano de sinal como cableado.A fonte de alimentación dirixirase raster usando trazas anchas na capa de sinal.

Dúas vantaxes adicionais desta fervenza son:

(1) Os dous planos de terra proporcionan unha impedancia de terra moito menor, reducindo así a radiación de cable de modo común;

(2) Os dous planos terrestres pódense coser na periferia da placa para selar todos os rastros de sinal nunha gaiola de Faraday.

Desde o punto de vista EMC, esta capa, se se fai ben, pode ser a mellor capa dun PCB de catro capas. Agora cumprimos os obxectivos (1), (2), (4) e (5) cun só taboleiro de catro capas.

A figura 4 mostra unha cuarta posibilidade, non a habitual, pero si que pode ter un bo rendemento. Isto é similar á figura 2, pero o plano terrestre úsase no canto do plano de potencia, e a fonte de alimentación actúa como un rastro na capa de sinal para o cableado.

Esta fervenza supera o problema de reelaboración mencionado e tamén proporciona unha baixa impedancia de terra debido aos dous planos de terra. Non obstante, estes avións non proporcionan ningunha protección. Esta configuración cumpre os obxectivos (1), (2) e (5), pero non satisfai os obxectivos (3) ou (4).

Así, como podes ver, hai máis opcións para capas de catro capas das que inicialmente podería pensar, e é posible cumprir catro dos nosos cinco obxectivos con PCBS de catro capas. Dende o punto de vista de EMC, a estratificación das figuras 2, 3b e 4 funciona ben.

Táboa de 6 capas

A maioría das placas de seis capas constan de catro capas de cableado de sinal e dúas capas planas, e as placas de seis capas son xeralmente superiores ás placas de catro capas desde unha perspectiva EMC.

A figura 5 mostra unha estrutura en cascada que non se pode empregar nun taboleiro de seis capas.

Estes planos non proporcionan blindaxe para a capa de sinal e dúas das capas de sinal (1 e 6) non están adxacentes a un plano. Este arranxo só funciona se todos os sinais de alta frecuencia están encamiñados nas capas 2 e 5, e só as sinais de moi baixa frecuencia, ou mellor aínda, sen cables de sinal (só as almofadas de soldadura) son encamiñadas nas capas 1 e 6.

Se se usa, as áreas non utilizadas dos andares 1 e 6 deberían estar pavimentadas e estar conectadas á planta principal na maior cantidade de lugares posibles.

Esta configuración só cumpre un dos nosos obxectivos orixinais (obxectivo 3).

Con seis capas dispoñibles, o principio de proporcionar dúas capas enterradas para sinais de alta velocidade (como se mostra na figura 3) é facilmente implementado, como se mostra na figura 6. Esta configuración tamén proporciona dúas capas superficiais para sinais de baixa velocidade.

Esta é probablemente a estrutura de seis capas máis común e pode ser moi eficaz para controlar a emisión electromagnética se se fai ben. Esta configuración cumpre o obxectivo 1,2,4, pero non o obxectivo 3,5. A súa principal desvantaxe é a separación do plano de potencia do plano de terra.

Debido a esta separación, non hai moita capacidade entre planos entre o plano de potencia e o plano de terra, polo que se debe levar a cabo un coidado deseño de desacoplamento para facer fronte a esta situación. Para obter máis información sobre a desacoplaxe, consulte os nosos consellos sobre a técnica de desacoplamento.

Na figura 7 móstrase unha estrutura laminada de seis capas case idéntica e con bo comportamento.

H1 representa a capa de enrutamento horizontal do sinal 1, V1 representa a capa de enrutamento vertical do sinal 1, H2 e V2 representan o mesmo significado para o sinal 2 e a vantaxe desta estrutura é que os sinais de enrutamento ortogonais sempre se refiren ao mesmo plano.

Para comprender por que isto é importante, consulte a sección sobre planos de sinal a referencia da parte 6. A desvantaxe é que os sinais de capa 1 e capa 6 non están protexidos.

Polo tanto, a capa de sinal debería estar moi preto do seu plano adxacente e unha capa de núcleo medio máis grosa debería ser a que compoña o espesor da placa requirida. É probable que o espazo normal entre placas de 0.060 polgadas sexa de 0.005 “/ 0.005” / 0.040 “/ 0.005” / 0.005 “/ 0.005”. Esta estrutura cumpre os obxectivos 1 e 2, pero non os obxectivos 3, 4 ou 5.

Na figura 8 móstrase outra placa de seis capas cun excelente rendemento. Proporciona dúas capas enterradas de sinal e planos adxacentes de potencia e terra para cumprir os cinco obxectivos. Non obstante, o maior inconveniente é que só ten dúas capas de cableado, polo que non se usa con moita frecuencia.

A placa de seis capas é máis fácil de obter unha boa compatibilidade electromagnética que a placa de catro capas. Tamén temos a vantaxe de catro capas de enrutamento de sinais en lugar de estar limitadas a dúas.

Como foi o caso da placa de circuíto de catro capas, o PCB de seis capas cumpriu catro dos nosos cinco obxectivos. Os cinco obxectivos pódense cumprir se nos limitamos a dúas capas de enrutamento de sinais. As estruturas da Figura 6, a Figura 7 e a Figura 8 funcionan ben desde unha perspectiva EMC.