A NYÁK -lépcsőzetes EMC sorozat ismereteinek áttekintése

PCB az egymásra rakás fontos tényező a termékek EMC teljesítményének meghatározásához. A jó rétegzés nagyon hatékonyan csökkentheti a NYÁK -hurok sugárzását (differenciál módú emisszió), valamint a kártyához csatlakoztatott kábelekből (közös módú emisszió).

ipcb

Másrészt a rossz kaszkád nagymértékben növelheti mindkét mechanizmus sugárzását. Négy tényező fontos a lemezek egymásra rakásánál:

1. Rétegek száma;

2. A felhasznált rétegek száma és típusa (teljesítmény és/vagy föld);

3. A rétegek sorrendje vagy sorrendje;

4. A rétegek közötti intervallum.

Általában csak a rétegek számát veszik figyelembe. Sok esetben a másik három tényező egyformán fontos, és a negyediket néha nem is ismeri a NYÁK -tervező. A rétegek számának meghatározásakor vegye figyelembe a következőket:

1. A jelzés mennyisége és költsége;

2. Frekvencia;

3. A terméknek meg kell felelnie az A vagy a B osztály bevezetési követelményeinek?

4. A NYÁK árnyékolt vagy árnyékolatlan házban van;

5. A tervezőcsapat EMC mérnöki szakértelme.

Általában csak az első kifejezést veszik figyelembe. Valójában minden elem létfontosságú volt, és ezeket egyformán kell figyelembe venni. Ez az utolsó tétel különösen fontos, és nem szabad figyelmen kívül hagyni, ha az optimális tervezést a lehető legrövidebb idő alatt és költséggel kívánjuk elérni.

Egy földelt és/vagy teljesítménysíkot használó többrétegű lemez a kétrétegű lemezhez képest jelentősen csökkenti a sugárzást. Általános hüvelykujjszabály, hogy a négyrétegű lemez 15dB-vel kevesebb sugárzást termel, mint a kétrétegű lemez, minden más tényező egyenlő. A sík felületű tábla sokkal jobb, mint a sík felület nélküli tábla a következő okok miatt:

1. Lehetővé teszik a jelek mikrocsíkként (vagy szalagvonalakként) történő továbbítását. Ezek a szerkezetek szabályozott impedanciájú távvezetékek, amelyek sokkal kevesebb sugárzással rendelkeznek, mint a kétrétegű táblákon használt véletlenszerű vezetékek;

2. Az alaplap jelentősen csökkenti a talajimpedanciát (és ezáltal a talajzajt).

Bár két lemezt sikeresen használtak árnyékolatlan 20-25 MHz-es burkolatokban, ezek az esetek inkább kivétel, mint szabály. 10-15mhz felett általában többrétegű paneleket kell figyelembe venni.

Öt célt kell elérnie, ha többrétegű táblát használ. Ők:

1. A jelrétegnek mindig a sík szomszédságában kell lennie;

2. A jelréteget szorosan össze kell kötni (közel) a szomszédos síkhoz;

3, a teljesítménysíkot és az alaplapot szorosan össze kell kapcsolni;

4, a nagy sebességű jelet két sík közötti vonalba kell temetni, a sík árnyékoló szerepet játszhat, és elnyomhatja a nagysebességű nyomtatott vonal sugárzását;

5. A több földelő síknak számos előnye van, mivel csökkentik a kártya földelő (referenciasík) impedanciáját és csökkentik a közös módú sugárzást.

Általában választani kell a jel/sík közelségi csatolás (2. célkitűzés) és a teljesítmény/föld sík közelségi csatolás (3. cél) között. Hagyományos NYÁK -felépítési technikákkal a lapos lemez kapacitása a szomszédos tápegység és az alaplap között nem elegendő ahhoz, hogy elegendő leválasztást biztosítson 500 MHz alatt.

Ezért a leválasztást más eszközökkel kell megoldani, és általában szoros csatolást kell választanunk a jel és az aktuális visszatérési sík között. A jelréteg és az áram visszatérő sík közötti szoros csatolás előnyei meghaladják a síkok közötti kis kapacitásvesztés okozta hátrányokat.

Nyolc réteg az a minimális rétegszám, amely felhasználható mind az öt cél eléréséhez. E célok némelyikét veszélyeztetni kell négy- és hatrétegű táblákon. Ilyen körülmények között meg kell határoznia, hogy mely célok a legfontosabbak az adott tervezés szempontjából.

A fenti bekezdést nem szabad úgy értelmezni, hogy nem lehet jó EMC-tervezést végezni négy- vagy hatszintes táblán, ahogy lehet. Ez csak azt mutatja, hogy nem minden cél érhető el egyszerre, és valamiféle kompromisszumra van szükség.

Mivel minden kívánt EMC -cél elérhető nyolc réteggel, nincs ok nyolcnál több réteg használatára, kivéve további jelirányító rétegek elhelyezését.

Mechanikai szempontból egy másik ideális cél az, hogy a NYÁK-keresztmetszet szimmetrikus (vagy kiegyensúlyozott) legyen, hogy megakadályozza a deformációt.

Például egy nyolcrétegű táblán, ha a második réteg sík, akkor a hetedik rétegnek is síknak kell lennie.

Ezért az itt bemutatott összes konfiguráció szimmetrikus vagy kiegyensúlyozott szerkezeteket használ. Ha aszimmetrikus vagy kiegyensúlyozatlan szerkezetek megengedettek, akkor más lépcsőzetes konfigurációk is létrehozhatók.

Négyrétegű tábla

A leggyakoribb négyrétegű lemezszerkezet az 1. ábrán látható (a teljesítménysík és az alaplap felcserélhető). Négy egyenletesen elrendezett rétegből áll, belső teljesítménysíkkal és földsíkkal. Ennek a két külső huzalozási rétegnek általában ortogonális huzalozási iránya van.

Bár ez a konstrukció sokkal jobb, mint a dupla panelek, van néhány kevésbé kívánatos tulajdonsága.

Az 1. részben található célok listájában ez a verem csak az (1) célt elégíti ki. Ha a rétegek egyenlő távolságban vannak, akkor nagy rés van a jelréteg és az aktuális visszatérési sík között. Ezenkívül nagy rés van a teljesítménysík és az alaplap között.

Négyrétegű tábla esetén nem tudjuk mindkét hibát egyszerre kijavítani, ezért el kell döntenünk, hogy melyik a legfontosabb számunkra.

Amint azt korábban említettük, a szomszédos tápegység és az alaplap közötti rétegközi kapacitás nem elegendő a hagyományos PCB -gyártási technikákkal történő megfelelő leválasztáshoz.

A leválasztást más eszközökkel kell kezelni, és szoros csatolást kell választanunk a jel és az aktuális visszatérési sík között. A jelréteg és az áram visszatérő sík közötti szoros összekapcsolás előnyei felülmúlják a rétegek közötti kapacitás enyhe csökkenésének hátrányait.

Ezért a legegyszerűbb módja a négyrétegű lemez EMC teljesítményének javítására, ha a jelréteget a lehető legközelebb hozza a síkhoz. 10mil), és nagy dielektromos magot használ az áramforrás és az alaplap között (> 40mil), amint azt a 2. ábra mutatja.

Ennek három előnye és kevés hátránya van. A jelhurok területe kisebb, így kevesebb differenciál módú sugárzás keletkezik. A huzalozási réteg és a síkréteg közötti 5 milliméteres intervallum esetén a hurok sugárzásának 10 dB vagy annál nagyobb csökkentése érhető el az azonos távolságra elhelyezett halmozott szerkezethez képest.

Másodszor, a jelvezetékek földhöz való szoros csatolása csökkenti a síkbeli impedanciát (induktivitást), ezáltal csökkenti a kártyához csatlakoztatott kábel közös módú sugárzását.

Harmadszor, a vezetékek és a sík szoros összekapcsolása csökkenti a vezetékek közötti áthallást. Rögzített kábeltávolság esetén az áthallás arányos a kábelmagasság négyzetével. Ez az egyik legegyszerűbb, legolcsóbb és leginkább figyelmen kívül hagyott módszer a négyrétegű NYÁK sugárzásának csökkentésére.

Ezzel a kaszkádszerkezettel mind az (1), mind a (2) célkitűzést teljesítjük.

Milyen további lehetőségek vannak a négyrétegű laminált szerkezetre? Nos, használhatunk egy kicsit szokatlan szerkezetet, nevezetesen a jeláteresztő réteg és a síkréteg kapcsolását a 2. ábrán a 3A. Ábrán látható kaszkád előállításához.

Ennek a laminálásnak a fő előnye, hogy a külső sík árnyékolást biztosít a belső rétegen lévő jeltovábbításhoz. Hátránya, hogy az alaplapot erősen elvághatják a NYÁK nagy sűrűségű alkatrészpárnái. Ezt bizonyos mértékig enyhíteni lehet a sík megfordításával, a teljesítménysík elhelyezésével az elem oldalán, és az alaplap elhelyezésével a tábla másik oldalán.

Másodszor, néhány ember nem szereti, ha van egy fedélzeti teljesítménysíkja, harmadszor pedig az eltemetett jelrétegek megnehezítik a tábla átdolgozását. A kaszkád kielégíti az (1), (2) és részben a (4) célt.

E három probléma közül kettő enyhíthető a 3B. Ábrán látható kaszkáddal, ahol a két külső sík földi sík, és a tápegységet a jelsíkon vezetékezik.A tápegységet raszteresen kell vezetni, a jelrétegben széles nyomvonalakat használva.

Ennek a kaszkádnak két további előnye van:

(1) A két földsík sokkal alacsonyabb földi impedanciát biztosít, ezáltal csökkentve a közös módú kábel sugárzását;

(2) A két földi síkot össze lehet varrni a lemez kerületén, hogy lezárják az összes jelnyomot a Faraday -ketrecben.

EMC szempontból ez a rétegezés, ha jól végzik, a legjobb lehet egy négyrétegű NYÁK rétegzéséhez. Most csak egy négyrétegű táblával teljesítettük az (1), (2), (4) és (5) célokat.

A 4. ábra a negyedik lehetőséget mutatja, nem a megszokottat, hanem azt, amelyik jól teljesíthet. Ez hasonló a 2. ábrához, de a táp sík helyett a földelési síkot kell használni, és a tápegység a vezetékek jelrétegén nyomként működik.

Ez a kaszkád leküzdi a fent említett átdolgozási problémát, és alacsony talajimpedanciát is biztosít a két földi sík miatt. Ezek a gépek azonban nem nyújtanak árnyékolást. Ez a konfiguráció kielégíti az (1), (2) és (5) célt, de nem teljesíti a (3) vagy (4) célt.

Tehát, mint látható, több lehetőség van a négyrétegű rétegzésre, mint azt eredetileg gondolná, és öt célunk közül négyet négyrétegű PCBS segítségével lehet elérni. EMC szempontból a 2., 3.b és 4. ábra rétegezése jól működik.

6 rétegű tábla

A legtöbb hatrétegű tábla négy jelvezetékrétegből és két sík rétegből áll, a hatrétegű táblák EMC szempontból általában jobbak a négyrétegű tábláknál.

Az 5. ábra egy lépcsőzetes szerkezetet mutat, amely nem használható hatrétegű táblán.

Ezek a síkok nem biztosítanak árnyékolást a jelréteg számára, és két jelréteg (1 és 6) nem szomszédos egy síkkal. Ez az elrendezés csak akkor működik, ha az összes nagyfrekvenciás jelet a 2. és az 5. rétegen vezetik, és csak nagyon alacsony frekvenciájú jeleket, vagy ami még jobb, nincsenek jelvezetékek (csak forrasztópadok) az 1. és 6. rétegben.

Ha használják, az 1. és 6. emeleten lévő fel nem használt területeket aszfaltozni kell, és a lehető legtöbb helyen rögzíteni kell a főpadlóhoz.

Ez a konfiguráció csak az egyik eredeti célunkat teljesíti (3. cél).

Hat réteg áll rendelkezésre, és a 3. ábrán látható módon könnyen megvalósítható az az elv, hogy két eltemetett réteget kell biztosítani a nagysebességű jelek számára (amint az a 6. ábrán látható). Ez a konfiguráció két felületi réteget is biztosít az alacsony sebességű jelekhez.

Valószínűleg ez a leggyakoribb hatrétegű szerkezet, és ha jól végzik, nagyon hatékony lehet az elektromágneses emisszió szabályozásában. Ez a konfiguráció megfelel az 1,2,4, de nem a 3,5. Fő hátránya a teljesítménysík és a földsík elválasztása.

Ezen elkülönítés miatt nincs nagy síkközi kapacitás a teljesítménysík és az alaplap között, ezért óvatos szétválasztást kell végezni, hogy megbirkózzon ezzel a helyzettel. A leválasztással kapcsolatos további információkért tekintse meg a Lecsatolási technika tippjeinket.

Szinte azonos, jól viselkedő hatrétegű laminált szerkezet látható a 7. ábrán.

H1 az 1 jel vízszintes útválasztó rétegét, V1 az 1 jel függőleges irányító rétegét, H2 és V2 ugyanazt a jelentést jelenti a 2 jel esetében, és ennek a szerkezetnek az az előnye, hogy az ortogonális útválasztó jelek mindig ugyanarra a síkra vonatkoznak.

Ennek megértéséhez olvassa el a 6. rész jel-referencia síkok című szakaszát. Hátránya, hogy az 1. és 6. réteg jelei nincsenek árnyékolva.

Ezért a jelrétegnek nagyon közel kell lennie a szomszédos síkhoz, és vastagabb középső réteget kell használni a szükséges lemezvastagság pótlására. A tipikus 0.060 hüvelyk vastag lemeztávolság valószínűleg 0.005 “/ 0.005″/ 0.040 “/ 0.005″/ 0.005 “/ 0.005”. Ez a szerkezet kielégíti az 1. és 2. célt, de nem a 3., 4. vagy 5. célt.

Egy másik kiváló teljesítményű hatrétegű lemez látható a 8. ábrán. Két jelzéssel eltemetett réteget és szomszédos erő- és földi síkokat biztosít mind az öt cél eléréséhez. A legnagyobb hátrány azonban, hogy csak két huzalozási réteggel rendelkezik, ezért nem túl gyakran használják.

A hatrétegű lemezt könnyebb jó elektromágneses kompatibilitás elérni, mint a négyrétegű lemezt. Megvan az az előnyünk is, hogy négy jeltovábbító réteg helyett kettőre korlátozódunk.

A négyrétegű áramköri laphoz hasonlóan a hatrétegű NYÁK öt célunk közül négyet teljesített. Mind az öt cél teljesíthető, ha két jelirányítási rétegre korlátozjuk magunkat. A 6. ábra, a 7. és a 8. ábra szerinti szerkezetek EMC szempontból jól működnek.