PCB slaganje je važan faktor za određivanje EMC performansi proizvoda. Dobra slojevitost može biti vrlo učinkovita u smanjenju zračenja iz PCB petlje (emisija u diferencijalnom načinu rada), kao i iz kabela spojenih na ploču (emisija u zajedničkom načinu rada).

S druge strane, loša kaskada može uvelike povećati zračenje oba mehanizma. Četiri su faktora važna za razmatranje slaganja ploča:

1. Broj slojeva;

2. Broj i vrsta korištenih slojeva (snaga i/ili uzemljenje);

3. Redoslijed ili slijed slojeva;

4. Interval između slojeva.

Obično se uzima u obzir samo broj slojeva. U mnogim slučajevima, ostala tri čimbenika su jednako važna, a četvrti ponekad nije ni poznat dizajneru PCB -a. Prilikom određivanja broja slojeva uzmite u obzir sljedeće:

1. Količina signala i cijena ožičenja;

2. Učestalost;

3. Mora li proizvod ispunjavati zahtjeve za lansiranje klase A ili klase B?

4. PCB je u zaštićenom ili nezaštićenom kućištu;

5. EMC inženjerska stručnost dizajnerskog tima.

Obično se razmatra samo prvi pojam. Doista, sve su stavke bile vitalne i treba ih smatrati jednako. Ova posljednja stavka posebno je važna i ne smije se zanemariti ako se želi postići optimalni dizajn u najmanjoj količini vremena i troškova.

Višeslojna ploča koja koristi uzemljenje i/ili ravninu napajanja pruža značajno smanjenje emisije zračenja u usporedbi s dvoslojnom pločom. Opće pravilo koje se koristi je da četveroslojna ploča proizvodi 15dB manje zračenja od dvoslojne ploče, pri čemu su svi ostali čimbenici jednaki. Ploča s ravnom površinom mnogo je bolja od ploče bez ravne površine iz sljedećih razloga:

1. Omogućuju usmjeravanje signala kao mikrotrakaste linije (ili vrpce). Ove su strukture upravljani impedancijski prijenosni vodovi s mnogo manje zračenja od slučajnog ožičenja koje se koristi na dvoslojnim pločama;

2. Ravan tla značajno smanjuje impedanciju tla (a time i buku tla).

Iako su dvije ploče uspješno korištene u neoklopljenim kućištima od 20-25 MHz, ti su slučajevi prije iznimka nego pravilo. Iznad oko 10-15 MHz, obično se trebaju uzeti u obzir višeslojne ploče.

Pet je ciljeva koje biste trebali pokušati postići kada koristite višeslojnu ploču. Oni su:

1. Signalni sloj uvijek treba biti uz ravninu;

2. Signalni sloj treba biti čvrsto spojen (blizu) sa susjednom ravninom;

3, ravninu snage i tlo treba usko kombinirati;

4, signal velike brzine trebao bi biti ukopan u liniju između dviju ravnina, zrakoplov može igrati ulogu zaštite i može potisnuti zračenje tiskane linije velike brzine;

5. Više ravnina uzemljenja ima mnoge prednosti jer će smanjiti impedanciju uzemljenja (referentna ravnina) ploče i smanjiti zajedničko-zračno zračenje.

Općenito, suočeni smo s izborom između sprezanja signala/ravnine (Objekt 2) i Povezivanja snage/ravnine zemlje (cilj 3). S konvencionalnim tehnikama izgradnje PCB -a, kapacitet ravne ploče između susjednog napajanja i uzemljenja nije dovoljan da osigura dovoljno razdvajanje ispod 500 MHz.

Stoga se razdvajanje mora riješiti na druge načine i općenito bismo trebali odabrati čvrsto spajanje između signala i trenutne povratne ravnine. Prednosti tijesnog povezivanja između signalnog sloja i trenutne povratne ravnine nadmašit će nedostatke uzrokovane blagim gubitkom kapacitivnosti između ravnina.

Osam slojeva je minimalni broj slojeva koji se mogu koristiti za postizanje svih ovih pet ciljeva. Neki od ovih ciljeva morat će biti ugroženi na četvero- i šestoslojnim pločama. U tim uvjetima morate odrediti koji su ciljevi najvažniji za trenutni dizajn.

Gornji odlomak ne treba tumačiti tako da znači da ne možete napraviti dobar dizajn EMC-a na četvero- ili šestoslojnoj ploči, kao što možete. To samo pokazuje da se svi ciljevi ne mogu postići odjednom i da je potrebna neka vrsta kompromisa.

Budući da se svi željeni ciljevi EMC -a mogu postići s osam slojeva, nema razloga za korištenje više od osam slojeva osim za smještaj dodatnih slojeva usmjeravanja signala.

S mehaničkog gledišta, drugi idealan cilj je učiniti poprečni presjek PCB ploče simetričnim (ili uravnoteženim) kako bi se spriječilo iskrivljavanje.

Na primjer, na osmoslojnoj ploči, ako je drugi sloj ravnina, tada bi sedmi sloj trebao biti i ravnina.

Stoga sve ovdje prikazane konfiguracije koriste simetrične ili uravnotežene strukture. Ako su dopuštene asimetrične ili neuravnotežene strukture, moguće je izgraditi druge kaskadne konfiguracije.

Četveroslojna ploča

Najčešća četveroslojna struktura ploča prikazana je na slici 1 (ravnina snage i ravnina uzemljenja su međusobno zamjenjive). Sastoji se od četiri ravnomjerno raspoređena sloja s unutarnjom ravninom snage i ravninom tla. Ova dva vanjska sloja ožičenja obično imaju ortogonalne smjerove ožičenja.

Iako je ova konstrukcija mnogo bolja od dvostrukih ploča, ima neke manje poželjne značajke.

Za popis ciljeva u 1. dijelu, ovaj hrpa zadovoljava samo cilj (1). Ako su slojevi jednako udaljeni, postoji veliki jaz između sloja signala i trenutne povratne ravnine. Također postoji veliki jaz između razine snage i ravnine tla.

Za četveroslojnu ploču ne možemo istodobno ispraviti oba nedostatka pa moramo odlučiti koji nam je najvažniji.

Kao što je ranije spomenuto, međuslojni kapacitet između susjednog izvora napajanja i uzemljenja nije dovoljan da se osigura odgovarajuće razdvajanje korištenjem konvencionalnih tehnika proizvodnje PCB -a.

Razdvajanje se mora obaviti na druge načine, a mi bismo trebali odabrati tijesno povezivanje između signala i trenutne povratne ravnine. Prednosti tijesnog povezivanja između signalnog sloja i trenutne povratne ravnine nadmašit će nedostatke blagog gubitka međuslojnog kapaciteta.

Stoga je najjednostavniji način za poboljšanje EMC performansi četveroslojne ploče približavanje sloja signala što je moguće bliže ravnini. 10mil), a koristi veliku dielektričnu jezgru između izvora napajanja i uzemljenja (> 40mil), kao što je prikazano na slici 2.

Ovo ima tri prednosti i nekoliko nedostataka. Područje signalne petlje je manje, pa se stvara manje diferencijalnog zračenja. U slučaju intervala od 5mil između sloja ožičenja i ravnog sloja, može se postići smanjenje zračenja petlje za 10 dB ili više u odnosu na jednako raspoređenu naslaganu strukturu.

Drugo, čvrsto spajanje signalnog ožičenja na tlo smanjuje ravninsku impedanciju (induktivitet), čime se smanjuje zajedničko-zračno zračenje kabela spojenog na ploču.

Treće, čvrsto spajanje ožičenja s ravninom smanjit će preslušavanje između ožičenja. Za fiksni razmak kabela, preslušavanje je proporcionalno kvadratu visine kabela. Ovo je jedan od najjednostavnijih, najjeftinijih i najviše zanemarenih načina za smanjenje zračenja iz četveroslojne PCB-a.

Ovom kaskadnom strukturom zadovoljavamo oba cilja (1) i (2).

Koje druge mogućnosti postoje za četveroslojnu laminiranu strukturu? Pa, možemo koristiti malo nekonvencionalne strukture, naime prebacivanje signalnog sloja i ravninskog sloja na slici 2 za proizvodnju kaskade prikazane na slici 3A.

Glavna prednost ove laminacije je ta što vanjska ravnina pruža zaštitu za usmjeravanje signala na unutarnjem sloju. Nedostatak je to što ravninu uzemljenja mogu jako izrezati jastučići s komponentama velike gustoće na PCB-u. To se može donekle ublažiti preokretanjem ravnine, postavljanjem ravnine snage na stranu elementa i postavljanjem ravnine tla s druge strane ploče.

Drugo, neki ljudi ne vole imati izloženu ravninu napajanja, a treće, ukopani slojevi signala otežavaju prepravku ploče. Kaskada zadovoljava cilj (1), (2) i djelomično zadovoljava cilj (4).

Dva od ova tri problema mogu se ublažiti kaskadom kao što je prikazano na slici 3B, gdje su dvije vanjske ravnine uzemljene, a napajanje je usmjereno na signalnu ravninu kao ožičenje.Napajanje mora biti rasterski usmjereno pomoću širokih tragova u sloju signala.

Dvije dodatne prednosti ove kaskade su:

(1) Dvije uzemljene ravnine pružaju znatno nižu impedanciju tla, smanjujući tako zračenje kabela zajedničkog načina rada;

(2) Dvije uzemljene ravnine mogu se sašiti zajedno na obodu ploče kako bi zapečatile sve tragove signala u Faradayevom kavezu.

S gledišta EMC-a, ovo nanošenje slojeva, ako se dobro izvrši, može biti najbolje nanošenje slojeva četveroslojne PCB-a. Sada smo ispunili ciljeve (1), (2), (4) i (5) sa samo jednom četveroslojnom pločom.

Slika 4 prikazuje četvrtu mogućnost, ne uobičajenu, već onu koja može imati dobre rezultate. Ovo je slično slici 2, ali se ravnina uzemljenja koristi umjesto ravnine napajanja, a napajanje djeluje kao trag na signalnom sloju za ožičenje.

Ova kaskada prevladava gore spomenuti problem prepravke i također pruža nisku impedanciju tla zbog dvije ravnine tla. Međutim, ti zrakoplovi ne pružaju nikakvu zaštitu. Ova konfiguracija zadovoljava ciljeve (1), (2) i (5), ali ne zadovoljava ciljeve (3) ili (4).

Dakle, kao što vidite, postoji više mogućnosti za četveroslojno nanošenje slojeva nego što ste isprva mislili, a moguće je ispuniti četiri od naših pet ciljeva s četveroslojnim PCBS-om. S gledišta EMC -a, slojevitost slika 2, 3b i 4 dobro funkcionira.

6 -slojna ploča

Većina šestoslojnih ploča sastoji se od četiri sloja signalnog ožičenja i dva ravna sloja, a šesteroslojne ploče općenito su superiornije od četveroslojnih ploča iz perspektive EMC-a.

Slika 5 prikazuje kaskadnu strukturu koja se ne može koristiti na šestoslojnoj ploči.

Ove ravnine ne pružaju zaštitu za signalni sloj, a dva signalna sloja (1 i 6) nisu u blizini ravnine. Ovaj raspored funkcionira samo ako su svi visokofrekventni signali usmjereni na slojeve 2 i 5, a samo vrlo niskofrekventni signali, ili još bolje, uopće nema signalnih žica (samo lemne ploče) na slojevima 1 i 6.

Ako se koriste, sva neiskorištena područja na 1. i 6. katu trebaju biti popločana i viAS pričvršćen na glavni kat na što je moguće više mjesta.

Ova konfiguracija zadovoljava samo jedan od naših izvornih ciljeva (cilj 3).

Sa šest raspoloživih slojeva, princip osiguravanja dva ukopana sloja za signale velike brzine (kao što je prikazano na slici 3) lako se provodi, kao što je prikazano na slici 6. Ova konfiguracija također pruža dva površinska sloja za signale male brzine.

Ovo je vjerojatno najčešća šestoslojna struktura i može biti vrlo učinkovita u kontroli elektromagnetske emisije ako se dobro izvrši. Ova konfiguracija zadovoljava cilj 1,2,4, ali ne i cilj 3,5. Njegov glavni nedostatak je odvajanje ravnine snage i ravnine tla.

Zbog tog odvajanja nema velikog međukanalnog kapaciteta između razine snage i uzemljenja, pa je potrebno poduzeti pažljivo projektiranje razdvajanja kako bi se nosili s ovom situacijom. Za više informacija o razdvajanju pogledajte naše savjete o tehnici razdvajanja.

Gotovo identična, dobro ponašana šestoslojna lamelirana struktura prikazana je na slici 7.

H1 predstavlja horizontalni sloj usmjeravanja signala 1, V1 predstavlja vertikalni sloj usmjeravanja signala 1, H2 i V2 predstavljaju isto značenje za signal 2, a prednost ove strukture je što se ortogonalni signali usmjeravanja uvijek odnose na istu ravninu.

Da biste razumjeli zašto je to važno, pogledajte odjeljak o signalno-referentnim ravninama u 6. dijelu. Nedostatak je što signali sloja 1 i sloja 6 nisu zaštićeni.

Stoga bi signalni sloj trebao biti vrlo blizu susjedne ravnine, a za izradu potrebne debljine ploče potrebno je koristiti deblji sloj srednje jezgre. Tipičan razmak između ploča debljine 0.060 inča vjerojatno će biti 0.005 “/ 0.005″/ 0.040 “/ 0.005″/ 0.005 “/ 0.005”. Ova struktura zadovoljava ciljeve 1 i 2, ali ne i ciljeve 3, 4 ili 5.

Još jedna šestoslojna ploča s izvrsnim performansama prikazana je na slici 8. Pruža dva sloja ukopana u signal i susjedne energetske i zemaljske ravnine kako bi ispunila svih pet ciljeva. Međutim, najveći nedostatak je što ima samo dva sloja ožičenja pa se ne koristi često.

Šesteroslojnu ploču lakše je postići dobru elektromagnetsku kompatibilnost nego četveroslojnu ploču. Također imamo prednost četiri sloja usmjeravanja signala, a ne samo dva.

Kao što je to bio slučaj s četveroslojnom pločom, šestoslojna PCB ispunila je četiri od naših pet ciljeva. Svih pet ciljeva može se postići ako se ograničimo na dva sloja usmjeravanja signala. Sve strukture na slikama 6, 7 i 8 dobro funkcioniraju iz perspektive EMC -a.