PCB stivuirea este un factor important pentru a determina performanța EMC a produselor. Straturile bune pot fi foarte eficiente în reducerea radiațiilor de la bucla PCB (emisie în mod diferențial), precum și de la cablurile conectate la placă (emisie în modul comun).

Pe de altă parte, o cascadă proastă poate crește foarte mult radiația ambelor mecanisme. Patru factori sunt importanți pentru luarea în considerare a stivuirii plăcilor:

1. Numărul de straturi;

2. Numărul și tipul de straturi utilizate (putere și / sau masă);

3. Ordinea sau succesiunea straturilor;

4. Intervalul dintre straturi.

De obicei, este luat în considerare doar numărul de straturi. În multe cazuri, ceilalți trei factori sunt la fel de importanți, iar al patrulea este uneori nici măcar necunoscut de către proiectantul PCB. Când determinați numărul de straturi, luați în considerare următoarele:

1. Cantitatea semnalului și costul cablării;

2. Frecvență;

3. Produsul trebuie să îndeplinească cerințele de lansare din clasa A sau clasa B?

4. PCB este în carcasă ecranată sau neecranată;

5. Experiența inginerească EMC a echipei de proiectare.

De obicei, este luat în considerare doar primul termen. Într-adevăr, toate elementele au fost vitale și ar trebui să fie considerate în mod egal. Acest ultim element este deosebit de important și nu trebuie trecut cu vederea dacă se va realiza un design optim în cel mai mic timp și cost.

O placă multistrat care folosește un plan de masă și / sau putere oferă o reducere semnificativă a emisiilor de radiații în comparație cu o placă cu două straturi. O regulă generală utilizată este că o placă cu patru straturi produce cu 15dB mai puțină radiație decât o placă cu două straturi, toți ceilalți factori fiind egali. O placă cu o suprafață plană este mult mai bună decât o placă fără o suprafață plană din următoarele motive:

1. Acestea permit direcționarea semnalelor ca linii microstrip (sau linii panglică). Aceste structuri sunt linii de transmisie cu impedanță controlată cu mult mai puțină radiație decât cablajul aleatoriu utilizat pe plăcile cu două straturi;

2. Planul de masă reduce semnificativ impedanța la sol (și, prin urmare, zgomotul la sol).

Deși două plăci au fost utilizate cu succes în incinte neecranate de 20-25mhz, aceste cazuri sunt mai degrabă o excepție decât o regulă. Peste aproximativ 10-15mhz, panourile multistrat ar trebui luate în considerare de obicei.

Există cinci obiective pe care ar trebui să le încercați să le atingeți atunci când utilizați o placă multistrat. Acestea sunt:

1. Stratul de semnal trebuie să fie întotdeauna adiacent planului;

2. Stratul de semnal trebuie să fie strâns cuplat (aproape de) la planul său adiacent;

3, planul de putere și planul de sol ar trebui să fie strâns combinate;

4, semnalul de mare viteză ar trebui să fie îngropat în linia dintre două planuri, avionul poate juca un rol de protecție și poate suprima radiația liniei tipărite de mare viteză;

5. Avioanele multiple de împământare au multe avantaje, deoarece vor reduce impedanța de împământare (plan de referință) a plăcii și vor reduce radiațiile în modul comun.

În general, ne confruntăm cu o alegere între cuplajul de proximitate semnal / plan (Obiectivul 2) și cuplarea de proximitate a puterii / solului (obiectivul 3). Cu tehnicile convenționale de construcție PCB, capacitatea plăcii plate între sursa de alimentare adiacentă și planul de masă este insuficientă pentru a asigura o decuplare suficientă sub 500 MHz.

Prin urmare, decuplarea trebuie abordată prin alte mijloace și, în general, ar trebui să alegem o cuplare strânsă între semnal și planul curent de întoarcere. Avantajele cuplării strânse între stratul de semnal și planul curent de retur vor depăși dezavantajele cauzate de o ușoară pierdere de capacitate între planuri.

Opt straturi este numărul minim de straturi care poate fi utilizat pentru atingerea tuturor celor cinci obiective. Unele dintre aceste obiective vor trebui compromise pe tablele cu patru și șase straturi. În aceste condiții, trebuie să determinați care sunt obiectivele cele mai importante pentru proiectarea la îndemână.

Paragraful de mai sus nu trebuie interpretat în sensul că nu puteți face un design EMC bun pe o placă cu patru sau șase niveluri, după cum puteți. Arată doar că nu toate obiectivele pot fi atinse simultan și că este necesar un fel de compromis.

Deoarece toate obiectivele EMC dorite pot fi atinse cu opt straturi, nu există niciun motiv pentru a utiliza mai mult de opt straturi, cu excepția pentru a găzdui straturi suplimentare de rutare a semnalului.

Din punct de vedere mecanic, un alt obiectiv ideal este de a face secțiunea transversală a plăcii PCB simetrică (sau echilibrată) pentru a preveni deformarea.

De exemplu, pe o placă cu opt straturi, dacă al doilea strat este un plan, atunci al șaptelea strat ar trebui să fie și un plan.

Prin urmare, toate configurațiile prezentate aici utilizează structuri simetrice sau echilibrate. Dacă sunt permise structuri asimetrice sau dezechilibrate, este posibil să se construiască alte configurații în cascadă.

Placă cu patru straturi

Cea mai comună structură a plăcilor cu patru straturi este prezentată în Figura 1 (planul de putere și planul de masă sunt interschimbabile). Se compune din patru straturi distanțate uniform, cu un plan de putere intern și un plan de sol. Aceste două straturi externe de cablare au de obicei direcții de cablare ortogonale.

Deși această construcție este mult mai bună decât panourile duble, are unele caracteristici mai puțin dorite.

Pentru lista țintelor din partea 1, această stivă îndeplinește doar ținta (1). Dacă straturile sunt la fel de distanțate, există un decalaj mare între stratul de semnal și planul curent de întoarcere. Există, de asemenea, un decalaj mare între planul de putere și planul de la sol.

Pentru o placă cu patru straturi, nu putem corecta ambele defecte în același timp, deci trebuie să decidem care este cel mai important pentru noi.

Așa cum am menționat mai devreme, capacitatea între straturi între sursa de alimentare adiacentă și planul de masă este insuficientă pentru a asigura o decuplare adecvată utilizând tehnici convenționale de fabricație a PCB-urilor.

Decuplarea trebuie gestionată prin alte mijloace și ar trebui să alegem o cuplare strânsă între semnal și planul curent de întoarcere. Avantajele cuplării strânse între stratul de semnal și planul curent de întoarcere vor depăși dezavantajele unei pierderi ușoare a capacității între straturi.

Prin urmare, cel mai simplu mod de a îmbunătăți performanța EMC a plăcii cu patru straturi este de a aduce stratul de semnal cât mai aproape de plan. 10mil) și folosește un miez dielectric mare între sursa de energie și planul de masă (> 40mil), așa cum se arată în Figura 2.

Aceasta are trei avantaje și câteva dezavantaje. Zona buclei de semnal este mai mică, deci se generează mai puțină radiație în mod diferențial. Pentru cazul unui interval de 5mil între stratul de cablare și stratul plan, se poate realiza o reducere a radiației în buclă de 10 dB sau mai mult în raport cu o structură stivuită la fel de distanțată.

În al doilea rând, cuplarea strânsă a cablajului semnalului la sol reduce impedanța plană (inductanță), reducând astfel radiația în modul comun a cablului conectat la placă.

În al treilea rând, cuplarea strânsă a cablajului la plan va reduce diafragma dintre cabluri. Pentru distanța fixă ​​a cablurilor, diafragma este proporțională cu pătratul înălțimii cablului. Aceasta este una dintre cele mai ușoare, mai ieftine și mai trecute cu vederea moduri de a reduce radiațiile de la un PCB cu patru straturi.

Prin această structură în cascadă, îndeplinim ambele obiective (1) și (2).

Ce alte posibilități există pentru structura laminată cu patru straturi? Ei bine, putem folosi o structură puțin convențională, și anume comutarea stratului de semnal și a planului din Figura 2 pentru a produce cascada prezentată în Figura 3A.

Principalul avantaj al acestei laminări este că planul exterior oferă ecranare pentru direcționarea semnalului pe stratul interior. Dezavantajul este că planul de masă poate fi tăiat puternic de plăcile componente de înaltă densitate de pe PCB. Acest lucru poate fi atenuat într-o oarecare măsură prin inversarea planului, plasarea planului de putere pe partea elementului și plasarea planului de masă pe cealaltă parte a plăcii.

În al doilea rând, unora nu le place să aibă un plan de putere expus, iar al treilea strat de semnal îngropat face dificilă refacerea plăcii. Cascada îndeplinește obiectivul (1), (2) și îndeplinește parțial obiectivul (4).

Două dintre aceste trei probleme pot fi atenuate de o cascadă așa cum se arată în Figura 3B, unde cele două planuri exterioare sunt planuri de masă și sursa de alimentare este direcționată pe planul de semnal ca cablare.Sursa de alimentare trebuie să fie direcționată raster folosind urme largi în stratul de semnal.

Două avantaje suplimentare ale acestei cascade sunt:

(1) Cele două planuri de masă asigură o impedanță de sol mult mai mică, reducând astfel radiația cablului în modul comun;

(2) Cele două planuri de sol pot fi cusute împreună la periferia plăcii pentru a sigila toate urmele de semnal dintr-o cușcă Faraday.

Din punct de vedere EMC, această stratificare, dacă este făcută bine, poate fi cea mai bună stratificare a unui PCB cu patru straturi. Acum am îndeplinit obiectivele (1), (2), (4) și (5) cu o singură placă cu patru straturi.

Figura 4 prezintă o a patra posibilitate, nu cea obișnuită, ci una care poate funcționa bine. Acest lucru este similar cu Figura 2, dar planul de masă este utilizat în locul planului de alimentare, iar sursa de alimentare acționează ca o urmă pe stratul de semnal pentru cablare.

Această cascadă depășește problema de reprelucrare menționată anterior și oferă, de asemenea, o impedanță scăzută la sol datorită celor două planuri de masă. Cu toate acestea, aceste avioane nu oferă niciun fel de ecranare. Această configurație îndeplinește obiectivele (1), (2) și (5), dar nu îndeplinește obiectivele (3) sau (4).

Deci, după cum puteți vedea, există mai multe opțiuni pentru stratificarea în patru straturi decât s-ar putea crede inițial și este posibil să îndeplinim patru dintre cele cinci obiective ale noastre cu PCBS cu patru straturi. Din punct de vedere EMC, straturile din Figurile 2, 3b și 4 funcționează bine.

Placă cu 6 straturi

Majoritatea plăcilor cu șase straturi constau din patru straturi de cablare a semnalului și două straturi plane, iar plăcile cu șase straturi sunt, în general, superioare plăcilor cu patru straturi din perspectiva EMC.

Figura 5 prezintă o structură în cascadă care nu poate fi utilizată pe o placă cu șase straturi.

Aceste planuri nu oferă ecranare pentru stratul de semnal, iar două dintre straturile de semnal (1 și 6) nu sunt adiacente unui plan. Acest aranjament funcționează numai dacă toate semnalele de înaltă frecvență sunt direcționate la straturile 2 și 5 și numai semnalele de frecvență foarte joasă sau, mai bine spus, nu există deloc fire de semnal (doar tampoane de lipit) sunt direcționate la straturile 1 și 6.

Dacă este utilizat, toate zonele neutilizate de la etajele 1 și 6 ar trebui să fie pavate și viAS atașate la etajul principal în cât mai multe locații posibil.

Această configurație îndeplinește doar unul dintre obiectivele noastre inițiale (obiectivul 3).

Cu șase straturi disponibile, principiul furnizării a două straturi îngropate pentru semnale de mare viteză (așa cum se arată în Figura 3) este ușor de implementat, așa cum se arată în Figura 6. Această configurație oferă, de asemenea, două straturi de suprafață pentru semnale de viteză redusă.

Aceasta este probabil cea mai comună structură cu șase straturi și poate fi foarte eficientă în controlul emisiilor electromagnetice dacă este bine realizată. Această configurație îndeplinește obiectivul 1,2,4, dar nu obiectivul 3,5. Principalul său dezavantaj este separarea planului de putere și a planului de masă.

Datorită acestei separări, nu există prea multă capacitate interplană între planul de putere și planul de la sol, așa că trebuie realizată o proiectare atentă a decuplării pentru a face față acestei situații. Pentru mai multe informații despre decuplare, consultați sfaturile noastre despre tehnica decuplării.

O structură laminată cu șase straturi, aproape identică, bine comportată este prezentată în Figura 7.

H1 reprezintă stratul de rutare orizontală a semnalului 1, V1 reprezintă stratul de rutare verticală a semnalului 1, H2 și V2 reprezintă aceeași semnificație pentru semnalul 2, iar avantajul acestei structuri este că semnalele de rutare ortogonale se referă întotdeauna la același plan.

Pentru a înțelege de ce este important acest lucru, consultați secțiunea despre planurile semnal-referință din partea 6. Dezavantajul este că semnalele stratului 1 și stratului 6 nu sunt protejate.

Prin urmare, stratul de semnal ar trebui să fie foarte aproape de planul său adiacent și un strat mai gros al miezului ar trebui să fie utilizat pentru a compune grosimea cerută a plăcii. Distanța tipică a plăcii cu grosimea de 0.060 inci este probabil de 0.005 “/ 0.005” / 0.040 “/ 0.005” / 0.005 “/ 0.005”. Această structură îndeplinește obiectivele 1 și 2, dar nu obiectivele 3, 4 sau 5.

O altă placă cu șase straturi, cu performanțe excelente, este prezentată în Figura 8. Oferă două straturi îngropate de semnal și planuri adiacente de putere și sol pentru a îndeplini toate cele cinci obiective. Cu toate acestea, cel mai mare dezavantaj este că are doar două straturi de cablare, deci nu este folosit foarte des.

Placa cu șase straturi este mai ușor de obținut o bună compatibilitate electromagnetică decât placa cu patru straturi. Avem, de asemenea, avantajul a patru straturi de rutare a semnalului în loc să fim limitați la două.

Așa cum a fost cazul cu placa cu patru straturi, PCB-ul cu șase straturi a îndeplinit patru dintre cele cinci obiective ale noastre. Toate cele cinci obiective pot fi îndeplinite dacă ne limităm la două straturi de rutare a semnalului. Structurile din Figura 6, Figura 7 și Figura 8 funcționează bine dintr-o perspectivă EMC.