PCB stabling er en viktig faktor for å bestemme EMC -ytelsen til produkter. God lagdeling kan være svært effektiv for å redusere stråling fra PCB -sløyfen (differensialmodusemisjon), så vel som fra kabler som er koblet til kortet (vanlig modusemisjon).

På den annen side kan en dårlig kaskade øke strålingen til begge mekanismene sterkt. Fire faktorer er viktige for å vurdere platestablering:

1. Antall lag;

2. Antall og type lag som brukes (kraft og/eller bakken);

3. Rekkefølgen eller rekkefølgen av lag;

4. Intervallet mellom lagene.

Vanligvis vurderes bare antall lag. I mange tilfeller er de tre andre faktorene like viktige, og den fjerde er noen ganger ikke engang kjent for PCB -designeren. Når du bestemmer antall lag, bør du vurdere følgende:

1. Signalmengde og kostnad for ledninger;

2. Frekvens;

3. Må produktet oppfylle lanseringskravene i klasse A eller klasse B?

4. PCB er i skjermet eller uskjermet hus;

5. EMC ingeniørkompetanse hos designteamet.

Vanligvis vurderes bare den første termen. Faktisk var alle elementene viktige og burde betraktes likt. Dette siste elementet er spesielt viktig og bør ikke overses hvis optimal design skal oppnås på minst mulig tid og kostnad.

En flerlags plate som bruker et bakke- og/eller kraftplan gir en betydelig reduksjon i strålingsutslipp sammenlignet med en to-lags plate. En generell tommelfingerregel som brukes er at en firelags plate gir 15 dB mindre stråling enn en to-lags plate, alle andre faktorer er like. Et brett med en flat overflate er mye bedre enn et brett uten en flat overflate av følgende årsaker:

1. De gjør at signaler kan dirigeres som mikrostriplinjer (eller båndlinjer). Disse strukturene er kontrollerte impedansoverføringslinjer med mye mindre stråling enn tilfeldige ledninger som brukes på to-lags brett;

2. Jordplanet reduserer markimpedansen (og derfor bakken støy) betydelig.

Selv om to plater har blitt brukt med hell i uskjermede skap på 20-25mhz, er disse tilfellene unntaket snarere enn regelen. Over 10-15mhz bør flerlagspaneler vanligvis vurderes.

Det er fem mål du bør prøve å oppnå når du bruker et flerskiktsbrett. De er:

1. Signallaget skal alltid ligge ved siden av flyet;

2. Signallaget skal være tett koblet (nær) til det tilstøtende planet;

3, kraftplanet og grunnplanet bør kombineres tett;

4, høyhastighets signal bør begraves i linjen mellom to fly, fly kan spille en skjermende rolle, og kan undertrykke strålingen av høyhastighets trykt linje;

5. Flere jordingsfly har mange fordeler fordi de vil redusere jording (referanseplan) impedans til brettet og redusere vanlig modus.

Generelt står vi overfor et valg mellom signal/fly nærhetskobling (mål 2) og effekt/jordplan nærhetskobling (mål 3). Med konvensjonelle PCB -konstruksjonsteknikker er flatplate -kapasitansen mellom tilstøtende strømforsyning og jordplanet utilstrekkelig til å gi tilstrekkelig frakobling under 500 MHz.

Derfor må frakobling løses på andre måter, og vi bør generelt velge en tett kobling mellom signalet og det gjeldende returplanet. Fordelene med tett kobling mellom signallaget og det gjeldende returplanet vil oppveie ulempene forårsaket av et lite tap av kapasitans mellom flyene.

Åtte lag er det minste antallet lag som kan brukes for å nå alle disse fem målene. Noen av disse målene må kompromitteres på fire-og seks-lags styrer. Under disse forholdene må du bestemme hvilke mål som er viktigst for designen.

Avsnittet ovenfor skal ikke tolkes slik at du ikke kan gjøre et godt EMC-design på et fire-eller seks-lags brett, som du kan. Det viser bare at ikke alle mål kan nås på en gang, og at det er nødvendig med et kompromiss.

Siden alle ønskede EMC -mål kan oppnås med åtte lag, er det ingen grunn til å bruke mer enn åtte lag, bortsett fra for å imøtekomme ytterligere signalrutinglag.

Fra et mekanisk synspunkt er et annet ideelt mål å gjøre tverrsnittet av kretskortet symmetrisk (eller balansert) for å forhindre vridning.

For eksempel, på et åtte-lags brett, hvis det andre laget er et plan, bør det syvende laget også være et plan.

Derfor bruker alle konfigurasjonene som presenteres her symmetriske eller balanserte strukturer. Hvis asymmetriske eller ubalanserte strukturer er tillatt, er det mulig å bygge andre kaskadkonfigurasjoner.

Fire lag brett

Den vanligste firelags platestrukturen er vist i figur 1 (kraftplanet og jordplanet kan byttes ut). Den består av fire lag med jevnt mellomrom med et internt kraftplan og et jordplan. Disse to eksterne ledningslagene har vanligvis ortogonale ledningsretninger.

Selv om denne konstruksjonen er mye bedre enn doble paneler, har den noen mindre ønskelige funksjoner.

For listen over mål i del 1, tilfredsstiller denne bunken bare mål (1). Hvis lagene er like store, er det et stort gap mellom signallaget og det gjeldende returplanet. Det er også et stort gap mellom kraftplanet og bakken.

For et firelags brett kan vi ikke korrigere begge feilene samtidig, så vi må bestemme hvilken som er viktigst for oss.

Som nevnt tidligere er mellomlagskapasitansen mellom den tilstøtende strømforsyningen og jordplanet utilstrekkelig til å gi tilstrekkelig frakobling ved bruk av konvensjonelle PCB -produksjonsteknikker.

Frakobling må håndteres på andre måter, og vi bør velge en tett kobling mellom signalet og det gjeldende returplanet. Fordelene med tett kopling mellom signallaget og det gjeldende returplanet vil oppveie ulempene med et lite tap av mellomlagskapasitans.

Derfor er den enkleste måten å forbedre EMC-ytelsen til firelagsplaten å bringe signallaget så nær flyet som mulig. 10mil), og bruker en stor dielektrisk kjerne mellom strømkilden og jordplanet (> 40mil), som vist i figur 2.

Dette har tre fordeler og få ulemper. Signalsløyfeområdet er mindre, så det genereres mindre stråling i differensialmodus. Når det gjelder et intervall på 5 mil mellom ledningslaget og planetlaget, kan en sløyfestrålingsreduksjon på 10 dB eller mer oppnås i forhold til en stablet struktur med like mellomrom.

For det andre reduserer den tette koblingen av signalledninger til bakken den plane impedansen (induktansen), og reduserer dermed den vanlige strålingen til kabelen som er koblet til kortet.

For det tredje vil den tette koblingen av ledningene til flyet redusere krysstale mellom ledningene. For fast kabelavstand er krysstale proporsjonal med kvadratet med kabelhøyde. Dette er en av de enkleste, billigste og mest oversett måtene å redusere stråling fra en firelags PCB.

Ved denne kaskadestrukturen tilfredsstiller vi begge målene (1) og (2).

Hvilke andre muligheter er det for den fire-lags laminerte strukturen? Vel, vi kan bruke litt av en ukonvensjonell struktur, nemlig å bytte signallag og planlag i figur 2 for å produsere kaskaden vist i figur 3A.

Den største fordelen med denne laminering er at det ytre planet gir skjerming for signalruting på det indre laget. Ulempen er at grunnplanet kan bli kraftig kuttet av komponentputene med høy tetthet på kretskortet. Dette kan til en viss grad lindres ved å reversere planet, plassere kraftplanet på siden av elementet og plassere grunnplanet på den andre siden av brettet.

For det andre liker noen mennesker ikke å ha et eksponert kraftplan, og for det tredje gjør begravede signallag det vanskelig å bearbeide brettet. Kaskaden tilfredsstiller mål (1), (2) og delvis oppfyller mål (4).

To av disse tre problemene kan dempes av en kaskade som vist i figur 3B, der de to ytre flyene er bakkeplan og strømforsyningen dirigeres på signalplanet som ledninger.Strømforsyningen skal rasteres med brede spor i signallaget.

To ekstra fordeler med denne kaskaden er:

(1) De to bakkeplanene gir mye lavere bakkeimpedans, og reduserer dermed kabelstråling i vanlig modus;

(2) De to bakkeplanene kan sys sammen i periferien av platen for å forsegle alle signalspor i et Faraday -bur.

Fra et EMC-synspunkt kan denne lagdelingen, hvis den gjøres godt, være den beste lagdelingen av en firelags PCB. Nå har vi nådd mål (1), (2), (4) og (5) med bare ett firelags brett.

Figur 4 viser en fjerde mulighet, ikke den vanlige, men en som kan utføre godt. Dette ligner på figur 2, men grunnplanet brukes i stedet for kraftplanet, og strømforsyningen fungerer som et spor på signallaget for ledninger.

Denne kaskaden overvinner det ovennevnte omarbeidsproblemet og gir også lav bakkeimpedans på grunn av de to bakkeplanene. Imidlertid gir disse flyene ingen skjerming. Denne konfigurasjonen tilfredsstiller mål (1), (2) og (5), men tilfredsstiller ikke mål (3) eller (4).

Så, som du kan se, er det flere alternativer for lag med fire lag enn du kanskje først tror, ​​og det er mulig å nå fire av våre fem mål med firelags PCBS. Fra et EMC -synspunkt fungerer alle lagene på figurene 2, 3b og 4 godt.

6 -lags brett

De fleste seks-lags brett består av fire signalledningslag og to plane lag, og seks-lags brett er generelt overlegen fire-lags brett fra et EMC-perspektiv.

Figur 5 viser en kaskadestruktur som ikke kan brukes på et seks-lags brett.

Disse flyene gir ikke skjerming for signallaget, og to av signallagene (1 og 6) er ikke i nærheten av et plan. Dette arrangementet fungerer bare hvis alle høyfrekvente signaler blir dirigert i lag 2 og 5, og bare svært lavfrekvente signaler, eller enda bedre, ingen signaltråder i det hele tatt (bare loddeputer) blir ledet til lag 1 og 6.

Hvis det brukes, bør alle ubrukte områder i etasje 1 og 6 asfalteres og viAS festes til hovedgulvet på så mange steder som mulig.

Denne konfigurasjonen oppfyller bare ett av våre opprinnelige mål (mål 3).

Med seks lag tilgjengelig er prinsippet om å tilveiebringe to nedgravde lag for høyhastighets signaler (som vist i figur 3) enkelt implementert, som vist i figur 6. Denne konfigurasjonen gir også to overflatelag for lavhastighets signaler.

Dette er sannsynligvis den vanligste seks-lags strukturen og kan være svært effektiv for å kontrollere elektromagnetisk stråling hvis det gjøres godt. Denne konfigurasjonen tilfredsstiller mål 1,2,4, men ikke mål 3,5. Den største ulempen er separasjonen av kraftplan og bakkeplan.

På grunn av denne separasjonen er det ikke mye mellomplanskapasitans mellom kraftplanet og grunnplanet, så det må utføres en forsiktig frakoblingsdesign for å takle denne situasjonen. For mer informasjon om frakobling, se tipsene for avkoblingsteknikk.

En nesten identisk, veloppdragen seks-lags laminert struktur er vist i figur 7.

H1 representerer det horisontale dirigeringslaget for signal 1, V1 representerer det vertikale routingslaget for signal 1, H2 og V2 representerer den samme betydningen for signal 2, og fordelen med denne strukturen er at ortogonale routingsignaler alltid refererer til det samme planet.

For å forstå hvorfor dette er viktig, se avsnittet om signal-til-referansefly i del 6. Ulempen er at lag 1 og lag 6 signaler ikke er skjermet.

Derfor bør signallaget være veldig nær det tilstøtende planet, og et tykkere midtre kjernelag skal brukes for å utgjøre den nødvendige platetykkelsen. Den typiske 0.060 tommer tykke plateavstanden er sannsynligvis 0.005 “/ 0.005”/ 0.040 “/ 0.005”/ 0.005 “/ 0.005”. Denne strukturen tilfredsstiller mål 1 og 2, men ikke mål 3, 4 eller 5.

En annen seks-lags plate med utmerket ytelse er vist i figur 8. Den gir to signalbegravede lag og tilstøtende kraft- og bakkeplan for å oppfylle alle fem målene. Den største ulempen er imidlertid at den bare har to ledningslag, så den brukes ikke så ofte.

Sekslags plate er lettere å oppnå god elektromagnetisk kompatibilitet enn firelags plate. Vi har også fordelen med fire signalrutinglag i stedet for å være begrenset til to.

Som tilfellet var med fire-lags kretskort, oppnådde seks-lags PCB fire av våre fem mål. Alle de fem målene kan nås hvis vi begrenser oss til to signalrutinglag. Strukturene i figur 6, figur 7 og figur 8 fungerer alle godt fra et EMC -perspektiv.