PCB stohovanie je dôležitým faktorom pre stanovenie EMC výkonu produktov. Dobré vrstvenie môže byť veľmi účinné pri znižovaní žiarenia zo slučky plošných spojov (emisia v diferenciálnom režime), ako aj z káblov pripojených k doske (emisia v spoločnom režime).

Na druhej strane, zlá kaskáda môže výrazne zvýšiť vyžarovanie oboch mechanizmov. Na zváženie stohovania dosiek sú dôležité štyri faktory:

1. Počet vrstiev;

2. počet a typ použitých vrstiev (výkon a/alebo zem);

3. Poradie alebo postupnosť vrstiev;

4. Interval medzi vrstvami.

Obvykle sa berie do úvahy iba počet vrstiev. V mnohých prípadoch sú ostatné tri faktory rovnako dôležité a ten štvrtý niekedy nepozná ani konštruktér DPS. Pri určovaní počtu vrstiev vezmite do úvahy nasledujúce:

1. Množstvo signálu a náklady na zapojenie;

2. Frekvencia;

3. Musí výrobok spĺňať požiadavky na uvedenie na trh triedy A alebo B?

4. DPS je v tienenom alebo netienenom kryte;

5. EMC inžinierske znalosti projekčného tímu.

Obvykle sa berie do úvahy iba prvý termín. Všetky položky boli skutočne nevyhnutné a mali by sa brať do úvahy rovnako. Táto posledná položka je obzvlášť dôležitá a nemala by sa prehliadať, ak sa má dosiahnuť optimálny dizajn za čo najmenej času a nákladov.

Viacvrstvová doska používajúca pozemnú a/alebo výkonovú rovinu poskytuje významné zníženie emisie žiarenia v porovnaní s dvojvrstvovou doskou. Všeobecne platí, že štvorvrstvová doska produkuje o 15 dB menej žiarenia ako dvojvrstvová doska, pričom všetky ostatné faktory sú rovnaké. Doska s rovným povrchom je oveľa lepšia ako doska bez rovného povrchu z nasledujúcich dôvodov:

1. Umožňujú smerovať signály ako mikropáskové linky (alebo stužkové linky). Tieto štruktúry sú riadené impedančné prenosové vedenia s oveľa menším žiarením ako náhodné zapojenie používané na dvojvrstvových doskách;

2. Rovina zeme výrazne znižuje impedanciu zeme (a teda aj hluk zeme).

Aj keď sa dve platne úspešne použili v netienených krytoch s frekvenciou 20-25 MHz, tieto prípady sú skôr výnimkou ako pravidlom. Nad približne 10-15 MHz by sa spravidla malo uvažovať o viacvrstvových paneloch.

Pri použití viacvrstvovej dosky by ste sa mali pokúsiť dosiahnuť päť cieľov. Oni sú:

1. Signálna vrstva by mala vždy susediť s rovinou;

2. Signálna vrstva by mala byť tesne spojená (blízko) so svojou susednou rovinou;

3, výkonová rovina a základná rovina by mali byť úzko kombinované;

4, vysokorýchlostný signál by mal byť zakopaný v línii medzi dvoma rovinami, lietadlo môže hrať úlohu tienenia a môže potlačiť žiarenie vysokorýchlostnej tlačenej linky;

5. Viacnásobné uzemňovacie roviny majú mnoho výhod, pretože znižujú impedanciu uzemňovacej (referenčnej roviny) dosky a znižujú žiarenie v spoločnom režime.

Vo všeobecnosti stojíme pred voľbou medzi blízkou väzbou signál/rovina (cieľ 2) a blízkym spojením medzi energiou a pozemnou rovinou (cieľ 3). Pri konvenčných konštrukčných technikách plošných spojov je kapacita plochej dosky medzi susedným zdrojom napájania a základnou rovinou nedostatočná na to, aby poskytla dostatočné oddelenie pod 500 MHz.

Oddelenie preto musí byť riešené inými prostriedkami a vo všeobecnosti by sme mali zvoliť tesnú väzbu medzi signálom a aktuálnou návratovou rovinou. Výhody tesného spojenia medzi signálnou vrstvou a prúdovou návratovou rovinou prevážia nad nevýhodami spôsobenými miernou stratou kapacity medzi rovinami.

Osem vrstiev je minimálny počet vrstiev, ktoré je možné použiť na dosiahnutie všetkých piatich týchto cieľov. Niektoré z týchto cieľov budú musieť byť ohrozené na štvor- a šesťvrstvových doskách. Za týchto podmienok musíte určiť, ktoré ciele sú pre daný dizajn najdôležitejšie.

Vyššie uvedený odsek by nemal byť interpretovaný v tom zmysle, že nemôžete urobiť dobrý návrh EMC na štvor- alebo šesťstupňovej doske, ako môžete. Ukazuje to, že nie všetky ciele je možné dosiahnuť naraz a že je potrebný určitý druh kompromisu.

Pretože všetky požadované ciele EMC je možné dosiahnuť pomocou ôsmich vrstiev, nie je dôvod používať viac ako osem vrstiev okrem umiestnenia ďalších vrstiev smerovania signálu.

Z mechanického hľadiska je ďalším ideálnym cieľom dosiahnuť, aby bol prierez dosky plošných spojov symetrický (alebo vyvážený), aby sa zabránilo zdeformovaniu.

Napríklad na osemvrstvovej doske, ak je druhou vrstvou rovina, siedma vrstva by mala byť tiež rovina.

Preto všetky tu uvedené konfigurácie používajú symetrické alebo vyvážené štruktúry. Ak sú povolené asymetrické alebo nevyvážené štruktúry, je možné vytvoriť ďalšie kaskádové konfigurácie.

Štvorvrstvová doska

Najbežnejšia štvorvrstvová dosková štruktúra je znázornená na obrázku 1 (výkonová rovina a základná rovina sú zameniteľné). Skladá sa zo štyroch rovnomerne rozložených vrstiev s vnútornou energetickou rovinou a základnou rovinou. Tieto dve vonkajšie vrstvy zapojenia majú zvyčajne ortogonálne smery vedenia.

Aj keď je táto konštrukcia oveľa lepšia ako dvojité panely, má niektoré menej žiaduce vlastnosti.

Pokiaľ ide o zoznam cieľov v časti 1, tento zásobník spĺňa iba cieľ (1). Ak sú vrstvy rovnako vzdialené, existuje veľká medzera medzi signálnou vrstvou a aktuálnou návratovou rovinou. Medzi energetickou a pozemnou rovinou je tiež veľká medzera.

Pri štvorvrstvovej doske nemôžeme opraviť obe chyby súčasne, takže sa musíme rozhodnúť, čo je pre nás najdôležitejšie.

Ako bolo uvedené vyššie, medzivrstvová kapacita medzi susedným zdrojom napájania a základnou rovinou nie je dostatočná na to, aby poskytla adekvátne oddelenie pomocou konvenčných výrobných techník plošných spojov.

Oddelenie musí byť zvládnuté inými prostriedkami a mali by sme zvoliť tesnú väzbu medzi signálom a aktuálnou rovinou návratu. Výhody tesného spojenia medzi signálnou vrstvou a prúdovou návratovou rovinou prevážia nad nevýhodami miernej straty medzivrstvovej kapacity.

Preto je najjednoduchším spôsobom, ako zlepšiť výkon EMC štvorvrstvovej dosky, priblížiť signálnu vrstvu čo najbližšie k rovine. 10 mil.) A používa veľké dielektrické jadro medzi zdrojom energie a základnou rovinou (> 40 mil.), Ako je znázornené na obrázku 2.

Má to tri výhody a niekoľko nevýhod. Plocha signálnej slučky je menšia, takže sa generuje menej žiarenia v diferenciálnom režime. V prípade 5 -mil intervalu medzi vrstvou elektroinštalácie a rovinnou vrstvou je možné dosiahnuť zníženie radiácie slučky o 10 dB alebo viac vzhľadom na rovnako rozloženú skladanú štruktúru.

Za druhé, tesné prepojenie signálneho vedenia so zemou znižuje planárnu impedanciu (indukčnosť), čím sa znižuje vyžarovanie kábla pripojeného k doske v spoločnom režime.

Po tretie, tesné spojenie elektroinštalácie s rovinou zníži presluchy medzi elektroinštaláciou. Pri pevných rozstupoch káblov je presluch úmerný štvorcu výšky kábla. Toto je jeden z najľahších, najlacnejších a prehliadaných spôsobov, ako znížiť žiarenie zo štvorvrstvovej DPS.

Touto kaskádovou štruktúrou uspokojujeme ciele (1) aj (2).

Aké ďalšie možnosti ponúka štvorvrstvová laminovaná štruktúra? Na výrobu kaskády znázornenej na obrázku 2A môžeme použiť trochu nekonvenčnú štruktúru, konkrétne prepínanie signálnej vrstvy a rovinnej vrstvy na obrázku 3.

Hlavnou výhodou tejto laminácie je, že vonkajšia rovina poskytuje tienenie pre smerovanie signálu na vnútornej vrstve. Nevýhodou je, že podložka s vysokou hustotou komponentov na doske plošných spojov môže byť silne rezaná. To sa dá do určitej miery zmierniť obrátením roviny, umiestnením výkonovej roviny na stranu prvku a pozemnou rovinou na druhú stranu dosky.

Po druhé, niektorým ľuďom sa nepáči, keď majú odhalené energetické lietadlo, a po tretie, zakopané signálne vrstvy sťažujú prepracovanie dosky. Kaskáda spĺňa cieľ (1), (2) a čiastočne spĺňa cieľ (4).

Dva z týchto troch problémov je možné zmierniť kaskádou, ako je znázornené na obrázku 3B, kde dve vonkajšie roviny sú pozemnými rovinami a napájanie je vedené v signálnej rovine ako vedenie.Napájanie musí byť rastrované pomocou širokých stôp v signálnej vrstve.

Dve ďalšie výhody tejto kaskády sú:

(1) Tieto dve pozemné roviny poskytujú oveľa nižšiu zemnú impedanciu, čím znižujú žiarenie káblov v spoločnom režime;

(2) Tieto dve pozemné roviny je možné zošiť na okraji dosky, aby sa vo Faradayovej klietke utesnili všetky signálne stopy.

Z hľadiska EMC môže byť toto vrstvenie, ak je urobené dobre, najlepším vrstvením štvorvrstvového PCB. Teraz sme splnili ciele (1), (2), (4) a (5) iba s jednou štvorvrstvovou doskou.

Obrázok 4 zobrazuje štvrtú možnosť, nie obvyklú, ale takú, ktorá môže dobre fungovať. Je to podobné ako na obrázku 2, ale namiesto výkonovej roviny sa používa uzemňovacia rovina a napájací zdroj funguje ako stopa na signálnej vrstve pre zapojenie.

Táto kaskáda prekonáva vyššie uvedený problém s prepracovaním a tiež poskytuje nízku zemnú impedanciu kvôli dvom pozemným rovinám. Tieto lietadlá však neposkytujú žiadne tienenie. Táto konfigurácia spĺňa ciele (1), (2) a (5), ale nespĺňa ciele (3) alebo (4).

Ako teda vidíte, existuje viac možností štvorvrstvového vrstvenia, ako by ste si na začiatku mohli myslieť, a pomocou štvorvrstvového PCBS je možné splniť štyri z našich piatich cieľov. Z hľadiska EMC vrstvenie obrázkov 2, 3b a 4 funguje dobre.

6 vrstvová doska

Väčšina šesťvrstvových dosiek pozostáva zo štyroch vrstiev zapojenia signálu a dvoch rovinných vrstiev a šesťvrstvové dosky sú z pohľadu EMC spravidla lepšie ako štvorvrstvové dosky.

Obrázok 5 zobrazuje kaskádovú štruktúru, ktorú nemožno použiť na šesťvrstvovej doske.

Tieto roviny neposkytujú tienenie pre signálnu vrstvu a dve signálne vrstvy (1 a 6) nie sú priľahlé k rovine. Toto usporiadanie funguje iba vtedy, ak sú všetky vysokofrekvenčné signály vedené vo vrstvách 2 a 5 a vo vrstvách 1 a 6 sú vedené iba signály s veľmi nízkou frekvenciou, alebo ešte lepšie, nie sú vedené žiadne signálne vodiče (iba spájkovacie podložky).

Pokiaľ sa použijú, všetky nevyužité plochy na 1. a 6. poschodí by mali byť spevnené a viAS pripevnené k hlavnému podlažiu na čo najviac miestach.

Táto konfigurácia spĺňa iba jeden z našich pôvodných cieľov (cieľ 3).

Keď je k dispozícii šesť vrstiev, princíp poskytnutia dvoch podzemných vrstiev pre vysokorýchlostné signály (ako je znázornené na obrázku 3) sa ľahko implementuje, ako je to znázornené na obrázku 6. Táto konfigurácia tiež poskytuje dve povrchové vrstvy pre signály s nízkou rýchlosťou.

Toto je pravdepodobne najbežnejšia šesťvrstvová štruktúra a môže byť veľmi účinné pri riadení elektromagnetického vyžarovania, ak sa robí dobre. Táto konfigurácia spĺňa cieľ 1,2,4, ale nie cieľ 3,5. Jeho hlavnou nevýhodou je oddelenie výkonovej a pozemnej roviny.

Z dôvodu tohto oddelenia nie je medzi výkonovou rovinou a základnou rovinou veľa medziplošnej kapacity, takže na zvládnutie tejto situácie je potrebné starostlivé oddelenie. Ďalšie informácie o odpojení nájdete v našich tipoch na techniku ​​oddeľovania.

Takmer identická, dobre vychovaná šesťvrstvová laminovaná štruktúra je znázornená na obrázku 7.

H1 predstavuje horizontálnu smerovaciu vrstvu signálu 1, V1 predstavuje vertikálnu smerovaciu vrstvu signálu 1, H2 a V2 predstavujú rovnaký význam pre signál 2 a výhodou tejto štruktúry je, že ortogonálne smerovacie signály vždy odkazujú na rovnakú rovinu.

Aby ste pochopili, prečo je to dôležité, pozrite si časť o rovinách signálu od referencie v časti 6. Nevýhodou je, že signály vrstvy 1 a vrstvy 6 nie sú tienené.

Signálna vrstva by preto mala byť veľmi blízko svojej susednej roviny a na vytvorenie požadovanej hrúbky dosky by mala byť použitá hrubšia stredná vrstva jadra. Typický rozstup dosiek hrubých 0.060 palca bude pravdepodobne 0.005 “/ 0.005″/ 0.040 “/ 0.005″/ 0.005 “/ 0.005”. Táto štruktúra spĺňa ciele 1 a 2, ale nie ciele 3, 4 alebo 5.

Ďalšia šesťvrstvová doska s vynikajúcim výkonom je znázornená na obrázku 8. Poskytuje dve vrstvy zakopaných signálov a priľahlé výkonové a pozemné roviny na splnenie všetkých piatich cieľov. Najväčšou nevýhodou však je, že má iba dve vrstvy zapojenia, takže sa veľmi často nepoužíva.

Šesťvrstvovú dosku je možné ľahšie dosiahnuť dobrú elektromagnetickú kompatibilitu ako zo štvorvrstvovej platne. Máme tiež výhodu štyroch vrstiev smerovania signálu namiesto obmedzenia na dve.

Ako to bolo v prípade štvorvrstvovej dosky plošných spojov, šesťvrstvová doska plošných spojov splnila štyri z našich piatich cieľov. Všetkých päť cieľov je možné splniť, ak sa obmedzíme na dve vrstvy smerovania signálu. Štruktúry na obrázku 6, obrázku 7 a obrázku 8 fungujú dobre z pohľadu EMC.