PCB susun merupakan faktor penting untuk menentukan kinerja EMC produk. Pelapisan yang baik bisa sangat efektif dalam mengurangi radiasi dari loop PCB (emisi mode diferensial), serta dari kabel yang terhubung ke papan (emisi mode umum).

Di sisi lain, kaskade yang buruk dapat sangat meningkatkan radiasi kedua mekanisme. Empat faktor penting untuk pertimbangan susunan pelat:

1. Jumlah lapisan;

2. Jumlah dan jenis lapisan yang digunakan (daya dan/atau arde);

3. Urutan atau urutan lapisan;

4. Interval antar lapisan.

Biasanya hanya jumlah lapisan yang dipertimbangkan. Dalam banyak kasus, tiga faktor lainnya sama pentingnya, dan yang keempat terkadang bahkan tidak diketahui oleh perancang PCB. Saat menentukan jumlah lapisan, pertimbangkan hal berikut:

1. Jumlah sinyal dan biaya pemasangan kabel;

2. Frekuensi;

3. Apakah produk harus memenuhi persyaratan peluncuran Kelas A atau Kelas B?

4. PCB berada di rumah terlindung atau tidak berpelindung;

5. Keahlian teknik EMC dari tim desain.

Biasanya hanya istilah pertama yang dipertimbangkan. Memang, semua item sangat penting dan harus dianggap sama. Item terakhir ini sangat penting dan tidak boleh diabaikan jika desain yang optimal ingin dicapai dalam waktu dan biaya yang paling sedikit.

Pelat multilayer yang menggunakan ground dan/atau power plane memberikan pengurangan emisi radiasi yang signifikan dibandingkan dengan pelat dua lapis. Aturan umum yang digunakan adalah bahwa pelat empat lapis menghasilkan radiasi 15dB lebih sedikit daripada pelat dua lapis, semua faktor lainnya dianggap sama. Papan dengan permukaan datar jauh lebih baik daripada papan tanpa permukaan datar karena alasan berikut:

1. Mereka memungkinkan sinyal untuk dirutekan sebagai garis mikrostrip (atau garis pita). Struktur ini adalah saluran transmisi impedansi terkontrol dengan radiasi yang jauh lebih sedikit daripada kabel acak yang digunakan pada papan dua lapis;

2. Bidang tanah secara signifikan mengurangi impedansi tanah (dan karenanya kebisingan tanah).

Meskipun dua pelat telah berhasil digunakan dalam selungkup tanpa pelindung 20-25mhz, kasus ini merupakan pengecualian daripada aturan. Di atas sekitar 10-15mhz, panel multilayer biasanya harus dipertimbangkan.

Ada lima tujuan yang harus Anda coba capai saat menggunakan papan multilayer. Mereka adalah:

1. Lapisan sinyal harus selalu berdekatan dengan bidang;

2. Lapisan sinyal harus digabungkan (dekat) dengan bidang yang berdekatan;

3, bidang daya dan bidang tanah harus digabungkan secara erat;

4, sinyal berkecepatan tinggi harus dikubur di antara dua pesawat, pesawat dapat memainkan peran pelindung, dan dapat menekan radiasi garis cetak berkecepatan tinggi;

5. Beberapa bidang pentanahan memiliki banyak keuntungan karena akan mengurangi impedansi landasan (bidang referensi) papan dan mengurangi radiasi mode umum.

Secara umum, kita dihadapkan pada pilihan antara sinyal/pesawat proximity coupling (Tujuan 2) dan power/ground plane proximity coupling (tujuan 3). Dengan teknik konstruksi PCB konvensional, kapasitansi pelat datar antara catu daya yang berdekatan dan bidang tanah tidak cukup untuk menyediakan decoupling yang cukup di bawah 500 MHz.

Oleh karena itu, decoupling harus diatasi dengan cara lain, dan kita umumnya harus memilih kopling ketat antara sinyal dan bidang balik saat ini. Keuntungan dari kopling ketat antara lapisan sinyal dan bidang kembali saat ini akan lebih besar daripada kerugian yang disebabkan oleh sedikit hilangnya kapasitansi antara pesawat.

Delapan lapisan adalah jumlah minimum lapisan yang dapat digunakan untuk mencapai kelima tujuan tersebut. Beberapa dari tujuan ini harus dikompromikan pada papan empat – dan enam lapis. Dalam kondisi ini, Anda harus menentukan tujuan mana yang paling penting untuk desain yang ada.

Paragraf di atas tidak boleh diartikan bahwa Anda tidak dapat melakukan desain EMC yang baik pada papan empat atau enam tingkat, semampu Anda. Ini hanya menunjukkan bahwa tidak semua tujuan dapat dicapai sekaligus dan bahwa beberapa jenis kompromi diperlukan.

Karena semua tujuan EMC yang diinginkan dapat dicapai dengan delapan lapisan, tidak ada alasan untuk menggunakan lebih dari delapan lapisan kecuali untuk mengakomodasi lapisan perutean sinyal tambahan.

Dari sudut pandang mekanis, tujuan ideal lainnya adalah membuat penampang papan PCB simetris (atau seimbang) untuk mencegah lengkungan.

Misalnya, pada papan delapan lapis, jika lapisan kedua adalah bidang, maka lapisan ketujuh juga harus bidang.

Oleh karena itu, semua konfigurasi yang disajikan di sini menggunakan struktur simetris atau seimbang. Jika struktur asimetris atau tidak seimbang diperbolehkan, dimungkinkan untuk membangun konfigurasi cascading lainnya.

Papan empat lapis

Struktur pelat empat lapis yang paling umum ditunjukkan pada Gambar 1 (bidang daya dan bidang tanah dapat dipertukarkan). Ini terdiri dari empat lapisan dengan jarak yang sama dengan bidang daya internal dan bidang dasar. Kedua lapisan kabel eksternal ini biasanya memiliki arah kabel ortogonal.

Meskipun konstruksi ini jauh lebih baik daripada panel ganda, ia memiliki beberapa fitur yang kurang diinginkan.

Untuk daftar target di Bagian 1, tumpukan ini hanya memenuhi target (1). Jika lapisan berjarak sama, ada celah besar antara lapisan sinyal dan bidang balik saat ini. Ada juga celah yang besar antara power plane dan ground plane.

Untuk papan empat lapis, kami tidak dapat memperbaiki kedua cacat secara bersamaan, jadi kami harus memutuskan mana yang paling penting bagi kami.

Seperti disebutkan sebelumnya, kapasitansi interlayer antara catu daya yang berdekatan dan bidang tanah tidak cukup untuk menyediakan decoupling yang memadai menggunakan teknik manufaktur PCB konvensional.

Decoupling harus ditangani dengan cara lain, dan kita harus memilih kopling yang ketat antara sinyal dan bidang balik saat ini. Keuntungan dari kopling ketat antara lapisan sinyal dan bidang arus balik akan lebih besar daripada kerugian dari sedikit hilangnya kapasitansi antarlapisan.

Oleh karena itu, cara paling sederhana untuk meningkatkan kinerja EMC dari pelat empat lapis adalah dengan membawa lapisan sinyal sedekat mungkin ke bidang. 10mil), dan menggunakan inti dielektrik besar antara sumber daya dan bidang tanah (> 40mil), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.

Ini memiliki tiga keuntungan dan beberapa kerugian. Area loop sinyal lebih kecil, sehingga lebih sedikit radiasi mode diferensial yang dihasilkan. Untuk kasus interval 5 mil antara lapisan kabel dan lapisan bidang, pengurangan radiasi loop 10dB atau lebih dapat dicapai relatif terhadap struktur bertumpuk yang berjarak sama.

Kedua, kopling ketat kabel sinyal ke tanah mengurangi impedansi planar (induktansi), sehingga mengurangi radiasi mode umum dari kabel yang terhubung ke papan.

Ketiga, kopling ketat kabel ke pesawat akan mengurangi crosstalk antara kabel. Untuk jarak kabel tetap, crosstalk sebanding dengan kuadrat tinggi kabel. Ini adalah salah satu cara termudah, termurah, dan paling diabaikan untuk mengurangi radiasi dari PCB empat lapis.

Dengan struktur kaskade ini, kami memenuhi kedua tujuan (1) dan (2).

Apa kemungkinan lain yang ada untuk struktur laminasi empat lapis? Nah, kita bisa menggunakan sedikit struktur yang tidak konvensional, yaitu mengganti lapisan sinyal dan lapisan bidang pada Gambar 2 untuk menghasilkan kaskade yang ditunjukkan pada Gambar 3A.

Keuntungan utama dari laminasi ini adalah bahwa bidang luar menyediakan pelindung untuk perutean sinyal pada lapisan dalam. Kerugiannya adalah bahwa bidang tanah mungkin sangat terpotong oleh bantalan komponen kepadatan tinggi pada PCB. Hal ini dapat dikurangi sampai batas tertentu dengan membalikkan bidang, menempatkan bidang daya di sisi elemen, dan menempatkan bidang dasar di sisi lain papan.

Kedua, beberapa orang tidak suka memiliki bidang daya yang terbuka, dan ketiga, lapisan sinyal yang terkubur membuat sulit untuk mengerjakan ulang papan. Kaskade memenuhi tujuan (1), (2), dan sebagian memenuhi tujuan (4).

Dua dari tiga masalah ini dapat dikurangi dengan kaskade seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3B, di mana dua bidang luar adalah bidang tanah dan catu daya diarahkan pada bidang sinyal sebagai kabel.Catu daya harus dirutekan raster menggunakan jejak lebar di lapisan sinyal.

Dua keuntungan tambahan dari kaskade ini adalah:

(1) Kedua bidang tanah memberikan impedansi tanah yang jauh lebih rendah, sehingga mengurangi radiasi kabel mode umum;

(2) Dua bidang dasar dapat dijahit bersama di pinggiran pelat untuk menutup semua jejak sinyal dalam sangkar Faraday.

Dari sudut pandang EMC, pelapisan ini, jika dilakukan dengan baik, mungkin merupakan pelapisan terbaik dari PCB empat lapis. Sekarang kita telah mencapai tujuan (1), (2), (4) dan (5) hanya dengan satu papan empat lapis.

Gambar 4 menunjukkan kemungkinan keempat, bukan yang biasa, tetapi yang dapat berkinerja baik. Ini mirip dengan Gambar 2, tetapi bidang tanah digunakan sebagai pengganti bidang daya, dan catu daya bertindak sebagai jejak pada lapisan sinyal untuk pengkabelan.

Kaskade ini mengatasi masalah pengerjaan ulang yang disebutkan di atas dan juga memberikan impedansi tanah yang rendah karena dua bidang tanah. Namun, pesawat-pesawat ini tidak memberikan perisai apa pun. Konfigurasi ini memenuhi tujuan (1), (2), dan (5), tetapi tidak memenuhi tujuan (3) atau (4).

Jadi, seperti yang Anda lihat, ada lebih banyak opsi untuk pelapisan empat lapis daripada yang mungkin Anda pikirkan, dan mungkin untuk memenuhi empat dari lima tujuan kami dengan PCB empat lapis. Dari sudut pandang EMC, layering Gambar 2, 3b, dan 4 semuanya bekerja dengan baik.

6 lapisan papan

Kebanyakan papan enam lapis terdiri dari empat lapisan kabel sinyal dan dua lapisan bidang, dan papan enam lapis umumnya lebih unggul daripada papan empat lapis dari perspektif EMC.

Gambar 5 menunjukkan struktur bertingkat yang tidak dapat digunakan pada papan enam lapis.

Bidang-bidang ini tidak menyediakan pelindung untuk lapisan sinyal, dan dua lapisan sinyal (1 dan 6) tidak berdekatan dengan bidang. Pengaturan ini hanya berfungsi jika semua sinyal frekuensi tinggi dirutekan pada lapisan 2 dan 5, dan hanya sinyal frekuensi sangat rendah, atau lebih baik lagi, tidak ada kabel sinyal sama sekali (hanya bantalan solder) yang diarahkan pada lapisan 1 dan 6.

Jika digunakan, setiap area yang tidak terpakai di lantai 1 dan 6 harus diaspal dan dipasang ke lantai utama di sebanyak mungkin lokasi.

Konfigurasi ini hanya memenuhi salah satu tujuan awal kami (Tujuan 3).

Dengan enam lapisan yang tersedia, prinsip menyediakan dua lapisan terkubur untuk sinyal kecepatan tinggi (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3) mudah diimplementasikan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6. Konfigurasi ini juga menyediakan dua lapisan permukaan untuk sinyal kecepatan rendah.

Ini mungkin struktur enam lapis yang paling umum dan bisa sangat efektif dalam mengendalikan emisi elektromagnetik jika dilakukan dengan baik. Konfigurasi ini memenuhi tujuan 1,2,4, 3,5, XNUMX, tetapi tidak memenuhi tujuan XNUMX. Kerugian utamanya adalah pemisahan power plane dan ground plane.

Karena pemisahan ini, tidak banyak kapasitansi antar bidang antara bidang daya dan bidang dasar, sehingga desain decoupling yang cermat harus dilakukan untuk mengatasi situasi ini. Untuk informasi lebih lanjut tentang decoupling, lihat tips teknik Decoupling kami.

Struktur laminasi enam lapis yang hampir identik dan berperilaku baik ditunjukkan pada Gambar 7.

H1 mewakili lapisan perutean horizontal dari sinyal 1, V1 mewakili lapisan perutean vertikal dari sinyal 1, H2 dan V2 mewakili arti yang sama untuk sinyal 2, dan keuntungan dari struktur ini adalah bahwa sinyal perutean ortogonal selalu mengacu pada bidang yang sama.

Untuk memahami mengapa ini penting, lihat bagian bidang sinyal-ke-referensi di Bagian 6. Kerugiannya adalah sinyal layer 1 dan layer 6 tidak terlindung.

Oleh karena itu, lapisan sinyal harus sangat dekat dengan bidang yang berdekatan dan lapisan inti tengah yang lebih tebal harus digunakan untuk memenuhi ketebalan pelat yang dibutuhkan. Jarak pelat setebal 0.060 inci yang khas kemungkinan adalah 0.005 “/ 0.005” / 0.040 “/ 0.005” / 0.005 “/ 0.005”. Struktur ini memenuhi Tujuan 1 dan 2, tetapi tidak memenuhi Tujuan 3, 4 atau 5.

Pelat enam lapis lainnya dengan kinerja yang sangat baik ditunjukkan pada Gambar 8. Ini menyediakan dua lapisan sinyal terkubur dan kekuatan yang berdekatan dan pesawat tanah untuk memenuhi kelima tujuan. Namun, kelemahan terbesarnya adalah hanya memiliki dua lapisan kabel, sehingga tidak terlalu sering digunakan.

Pelat enam lapis lebih mudah mendapatkan kompatibilitas elektromagnetik yang baik daripada pelat empat lapis. Kami juga memiliki keuntungan dari empat lapisan perutean sinyal alih-alih dibatasi hanya dua.

Seperti halnya dengan papan sirkuit empat lapis, PCB enam lapis memenuhi empat dari lima tujuan kami. Kelima tujuan dapat dipenuhi jika kita membatasi diri pada dua lapisan perutean sinyal. Struktur pada Gambar 6, Gambar 7, dan Gambar 8 semuanya bekerja dengan baik dari perspektif EMC.