PCB o empilhamento é um fator importante para determinar o desempenho EMC dos produtos. Uma boa estratificação pode ser muito eficaz na redução da radiação do loop de PCB (emissão de modo diferencial), bem como de cabos conectados à placa (emissão de modo comum).

Por outro lado, uma cascata ruim pode aumentar muito a radiação de ambos os mecanismos. Quatro fatores são importantes para a consideração do empilhamento de placas:

1. Número de camadas;

2. O número e tipo de camadas utilizadas (energia e / ou terra);

3. A ordem ou sequência das camadas;

4. O intervalo entre as camadas.

Normalmente, apenas o número de camadas é considerado. Em muitos casos, os outros três fatores são igualmente importantes, e o quarto às vezes nem é conhecido pelo projetista do PCB. Ao determinar o número de camadas, considere o seguinte:

1. Quantidade de sinal e custo de fiação;

2. Freqüência;

3. O produto deve atender aos requisitos de lançamento da Classe A ou Classe B?

4. O PCB está em um invólucro blindado ou não blindado;

5. Experiência em engenharia EMC da equipe de projeto.

Normalmente, apenas o primeiro termo é considerado. Na verdade, todos os itens eram vitais e deveriam ser considerados igualmente. Este último item é particularmente importante e não deve ser esquecido se o projeto ideal deve ser alcançado no mínimo tempo e custo.

Uma placa multicamadas usando um plano de aterramento e / ou potência fornece uma redução significativa na emissão de radiação em comparação com uma placa de duas camadas. Uma regra geral usada é que uma placa de quatro camadas produz 15dB menos radiação do que uma placa de duas camadas, todos os outros fatores sendo iguais. Uma placa com uma superfície plana é muito melhor do que uma placa sem uma superfície plana pelos seguintes motivos:

1. Eles permitem que os sinais sejam roteados como linhas de microfita (ou linhas de fita). Essas estruturas são linhas de transmissão de impedância controlada com muito menos radiação do que a fiação aleatória usada em placas de duas camadas;

2. O plano de terra reduz significativamente a impedância de terra (e, portanto, o ruído de terra).

Embora duas placas tenham sido usadas com sucesso em compartimentos sem blindagem de 20-25 MHz, esses casos são a exceção e não a regra. Acima de cerca de 10-15 mhz, os painéis multicamadas geralmente devem ser considerados.

Existem cinco objetivos que você deve tentar alcançar ao usar uma placa multicamadas. Eles são:

1. A camada de sinal deve ser sempre adjacente ao plano;

2. A camada de sinal deve ser fortemente acoplada (perto de) ao seu plano adjacente;

3, o plano de potência e o plano de terra devem ser intimamente combinados;

4, o sinal de alta velocidade deve ser enterrado na linha entre dois planos, o avião pode desempenhar um papel de proteção e pode suprimir a radiação da linha impressa de alta velocidade;

5. Múltiplos planos de aterramento têm muitas vantagens porque reduzem a impedância de aterramento (plano de referência) da placa e reduzem a radiação de modo comum.

Em geral, nos deparamos com uma escolha entre o acoplamento de proximidade sinal / plano (objetivo 2) e acoplamento de proximidade potência / plano terra (objetivo 3). Com técnicas convencionais de construção de PCB, a capacitância de placa plana entre a fonte de alimentação adjacente e o plano de aterramento é insuficiente para fornecer desacoplamento suficiente abaixo de 500 MHz.

Portanto, o desacoplamento deve ser tratado por outros meios, e geralmente devemos escolher um acoplamento estreito entre o sinal e o plano de retorno da corrente. As vantagens do acoplamento estreito entre a camada de sinal e o plano de retorno de corrente compensarão as desvantagens causadas por uma ligeira perda de capacitância entre os planos.

Oito camadas é o número mínimo de camadas que podem ser usadas para atingir todos esses cinco objetivos. Alguns desses objetivos terão que ser comprometidos em placas de quatro e seis camadas. Nessas condições, você deve determinar quais objetivos são mais importantes para o projeto em questão.

O parágrafo acima não deve ser interpretado como significando que você não pode fazer um bom projeto EMC em uma placa de quatro ou seis camadas, como você pode. Mostra apenas que nem todos os objetivos podem ser alcançados de uma vez e que é necessário algum tipo de compromisso.

Como todos os objetivos de EMC desejados podem ser alcançados com oito camadas, não há razão para usar mais de oito camadas, exceto para acomodar camadas adicionais de roteamento de sinal.

Do ponto de vista mecânico, outro objetivo ideal é fazer a seção transversal da placa PCB simétrica (ou balanceada) para evitar empenamento.

Por exemplo, em uma placa de oito camadas, se a segunda camada for um plano, a sétima camada também deve ser um plano.

Portanto, todas as configurações apresentadas aqui usam estruturas simétricas ou balanceadas. Se estruturas assimétricas ou desequilibradas são permitidas, é possível construir outras configurações em cascata.

Placa de quatro camadas

A estrutura de placa de quatro camadas mais comum é mostrada na Figura 1 (o plano de potência e o plano de aterramento são intercambiáveis). Ele consiste em quatro camadas uniformemente espaçadas com um plano de energia interno e um plano de solo. Essas duas camadas de fiação externas geralmente têm direções de fiação ortogonais.

Embora esta construção seja muito melhor do que os painéis duplos, ela possui algumas características menos desejáveis.

Para a lista de alvos na Parte 1, esta pilha satisfaz apenas o alvo (1). Se as camadas estiverem igualmente espaçadas, haverá uma grande lacuna entre a camada de sinal e o plano de retorno da corrente. Também há uma grande lacuna entre o plano de potência e o plano de solo.

Para uma placa de quatro camadas, não podemos corrigir os dois defeitos ao mesmo tempo, portanto, devemos decidir qual é o mais importante para nós.

Como mencionado anteriormente, a capacitância intercamada entre a fonte de alimentação adjacente e o plano de aterramento é insuficiente para fornecer desacoplamento adequado usando técnicas convencionais de fabricação de PCB.

O desacoplamento deve ser tratado por outros meios, e devemos escolher um acoplamento estreito entre o sinal e o plano de retorno da corrente. As vantagens do acoplamento estreito entre a camada de sinal e o plano de retorno de corrente compensarão as desvantagens de uma ligeira perda de capacitância intercamada.

Portanto, a maneira mais simples de melhorar o desempenho EMC da placa de quatro camadas é trazer a camada de sinal o mais próximo possível do plano. 10mil), e usa um grande núcleo dielétrico entre a fonte de energia e o plano de aterramento (> 40mil), conforme mostrado na Figura 2.

Isso tem três vantagens e poucas desvantagens. A área do loop do sinal é menor, portanto, menos radiação de modo diferencial é gerada. Para o caso de um intervalo de 5mil entre a camada de fiação e a camada plana, uma redução de radiação de loop de 10dB ou mais pode ser alcançada em relação a uma estrutura empilhada igualmente espaçada.

Em segundo lugar, o forte acoplamento da fiação de sinal ao solo reduz a impedância planar (indutância), reduzindo assim a radiação de modo comum do cabo conectado à placa.

Terceiro, o forte acoplamento da fiação ao plano reduzirá a diafonia entre a fiação. Para espaçamento de cabo fixo, a diafonia é proporcional ao quadrado da altura do cabo. Esta é uma das maneiras mais fáceis, baratas e negligenciadas de reduzir a radiação de um PCB de quatro camadas.

Por meio dessa estrutura em cascata, satisfazemos os objetivos (1) e (2).

Que outras possibilidades existem para a estrutura laminada de quatro camadas? Bem, podemos usar um pouco de uma estrutura não convencional, ou seja, alternar a camada de sinal e a camada plana na Figura 2 para produzir a cascata mostrada na Figura 3A.

A principal vantagem dessa laminação é que o plano externo fornece proteção para o roteamento do sinal na camada interna. A desvantagem é que o plano de aterramento pode ser cortado fortemente pelos blocos de componentes de alta densidade no PCB. Isso pode ser aliviado até certo ponto invertendo o plano, colocando o plano de potência do lado do elemento e colocando o plano de terra do outro lado da placa.

Em segundo lugar, algumas pessoas não gostam de ter um plano de energia exposto e, terceiro, camadas de sinal enterradas dificultam o retrabalho da placa. A cascata satisfaz o objetivo (1), (2) e parcialmente satisfaz o objetivo (4).

Dois desses três problemas podem ser atenuados por uma cascata, conforme mostrado na Figura 3B, onde os dois planos externos são planos terrestres e a fonte de alimentação é roteada no plano de sinal como fiação.A fonte de alimentação deve ser roteada por varredura usando traços largos na camada de sinal.

Duas vantagens adicionais desta cascata são:

(1) Os dois planos de terra fornecem impedância de terra muito mais baixa, reduzindo assim a radiação do cabo de modo comum;

(2) Os dois planos de solo podem ser costurados juntos na periferia da placa para selar todos os traços de sinal em uma gaiola de Faraday.

Do ponto de vista da EMC, essa estratificação, se bem feita, pode ser a melhor estratificação de um PCB de quatro camadas. Agora atingimos os objetivos (1), (2), (4) e (5) com apenas uma placa de quatro camadas.

A Figura 4 mostra uma quarta possibilidade, não a usual, mas que pode funcionar bem. Isso é semelhante à Figura 2, mas o plano de aterramento é usado em vez do plano de potência, e a fonte de alimentação atua como um traço na camada de sinal para a fiação.

Esta cascata supera o problema de retrabalho mencionado acima e também fornece baixa impedância de aterramento devido aos dois planos de aterramento. No entanto, esses aviões não fornecem nenhuma blindagem. Esta configuração satisfaz os objetivos (1), (2) e (5), mas não satisfaz os objetivos (3) ou (4).

Portanto, como você pode ver, há mais opções para camadas de quatro camadas do que você pode pensar inicialmente, e é possível cumprir quatro de nossos cinco objetivos com PCBS de quatro camadas. Do ponto de vista da EMC, as camadas das Figuras 2, 3b e 4 funcionam bem.

Placa de 6 camadas

A maioria das placas de seis camadas consiste em quatro camadas de fiação de sinal e duas camadas planas, e as placas de seis camadas são geralmente superiores às placas de quatro camadas de uma perspectiva EMC.

A Figura 5 mostra uma estrutura em cascata que não pode ser usada em uma placa de seis camadas.

Esses planos não fornecem proteção para a camada de sinal e duas das camadas de sinal (1 e 6) não são adjacentes a um plano. Este arranjo só funciona se todos os sinais de alta frequência são roteados nas camadas 2 e 5, e apenas sinais de frequência muito baixa, ou melhor ainda, nenhum fio de sinal (apenas almofadas de solda) são roteados nas camadas 1 e 6.

Se usado, todas as áreas não utilizadas nos pisos 1 e 6 devem ser pavimentadas e viAS anexado ao piso principal em tantos locais quanto possível.

Esta configuração satisfaz apenas um dos nossos objetivos originais (Objetivo 3).

Com seis camadas disponíveis, o princípio de fornecer duas camadas enterradas para sinais de alta velocidade (como mostrado na Figura 3) é facilmente implementado, como mostrado na Figura 6. Essa configuração também fornece duas camadas de superfície para sinais de baixa velocidade.

Esta é provavelmente a estrutura de seis camadas mais comum e pode ser muito eficaz no controle da emissão eletromagnética se bem executada. Esta configuração satisfaz a meta 1,2,4, mas não a meta 3,5. Sua principal desvantagem é a separação do plano de potência e do plano de solo.

Por causa dessa separação, não há muita capacitância entre planos entre o plano de potência e o plano de aterramento, portanto, um projeto de desacoplamento cuidadoso deve ser realizado para lidar com essa situação. Para obter mais informações sobre desacoplamento, consulte nossas dicas de técnicas de desacoplamento.

Uma estrutura laminada de seis camadas quase idêntica e bem comportada é mostrada na Figura 7.

H1 representa a camada de roteamento horizontal do sinal 1, V1 representa a camada de roteamento vertical do sinal 1, H2 e V2 representam o mesmo significado para o sinal 2 e a vantagem dessa estrutura é que os sinais de roteamento ortogonal sempre se referem ao mesmo plano.

Para entender por que isso é importante, consulte a seção sobre planos de sinal para referência na Parte 6. A desvantagem é que os sinais das camadas 1 e 6 não são blindados.

Portanto, a camada de sinal deve estar muito próxima ao seu plano adjacente e uma camada de núcleo central mais espessa deve ser usada para completar a espessura de placa necessária. O espaçamento típico de placa de 0.060 polegadas de espessura é provavelmente 0.005 “/ 0.005” / 0.040 “/ 0.005” / 0.005 “/ 0.005”. Essa estrutura satisfaz as metas 1 e 2, mas não as metas 3, 4 ou 5.

Outra placa de seis camadas com excelente desempenho é mostrada na Figura 8. Ele fornece duas camadas enterradas de sinal e planos adjacentes de energia e terra para atender a todos os cinco objetivos. No entanto, a maior desvantagem é que ele tem apenas duas camadas de fiação, por isso não é usado com muita frequência.

A placa de seis camadas é mais fácil de obter boa compatibilidade eletromagnética do que a placa de quatro camadas. Também temos a vantagem de quatro camadas de roteamento de sinal, em vez de estarmos limitados a duas.

Como foi o caso com a placa de circuito de quatro camadas, a PCB de seis camadas atendeu a quatro de nossos cinco objetivos. Todos os cinco objetivos podem ser alcançados se nos limitarmos a duas camadas de roteamento de sinal. As estruturas na Figura 6, Figura 7 e Figura 8 funcionam bem de uma perspectiva EMC.