Vështrim i përgjithshëm i njohurive të serisë EMC në PCB

PCB grumbullimi është një faktor i rëndësishëm për të përcaktuar performancën EMC të produkteve. Shtresëzimi i mirë mund të jetë shumë efektiv në zvogëlimin e rrezatimit nga laku i PCB (emetimi i diferencës), si dhe nga kabllot e lidhur me tabelën (emetimi i zakonshëm i modalitetit).

ipcb

Nga ana tjetër, një kaskadë e keqe mund të rrisë shumë rrezatimin e të dy mekanizmave. Katër faktorë janë të rëndësishëm për marrjen në konsideratë të grumbullimit të pllakave:

1. Numri i shtresave;

2. Numri dhe lloji i shtresave të përdorura (fuqia dhe/ose toka);

3. Rendi ose sekuenca e shtresave;

4. Intervali midis shtresave.

Zakonisht merret parasysh vetëm numri i shtresave. Në shumë raste, tre faktorët e tjerë janë njësoj të rëndësishëm, dhe i katërti ndonjëherë nuk është as i njohur për projektuesin e PCB. Kur përcaktoni numrin e shtresave, merrni parasysh sa vijon:

1. Sasia e sinjalit dhe kostoja e instalimeve elektrike;

2. Frekuenca;

3. A duhet që produkti të plotësojë kërkesat e lëshimit të Klasës A ose Klasës B?

4. PCB është në strehim të mbrojtur ose të mbrojtur;

5. Ekspertiza inxhinierike EMC e ekipit të projektimit.

Zakonisht merret parasysh vetëm afati i parë. Në të vërtetë, të gjithë artikujt ishin jetikë dhe duhet të konsiderohen në mënyrë të barabartë. Ky artikull i fundit është veçanërisht i rëndësishëm dhe nuk duhet të neglizhohet nëse dizajni optimal do të arrihet në sa më pak kohë dhe kosto.

Një pllakë me shumë shtresa që përdor një terren dhe/ose aeroplan fuqie siguron një reduktim të ndjeshëm të emetimit të rrezatimit në krahasim me një pllakë me dy shtresa. Një rregull i përgjithshëm i përdorur është se një pllakë me katër shtresa prodhon 15dB më pak rrezatim sesa një pllakë me dy shtresa, të gjithë faktorët e tjerë janë të barabartë. Një tabelë me një sipërfaqe të sheshtë është shumë më e mirë se një dërrasë pa një sipërfaqe të sheshtë për arsyet e mëposhtme:

1. Ato lejojnë që sinjalet të drejtohen si linja mikrostrip (ose linja shiritash). Këto struktura janë linja transmetimi të impedancës së kontrolluar me shumë më pak rrezatim sesa instalimet elektrike të rastësishme të përdorura në dërrasat me dy shtresa;

2. Rrafshi i tokës zvogëlon ndjeshëm rezistencën e tokës (dhe për këtë arsye zhurmën e tokës).

Edhe pse dy pllaka janë përdorur me sukses në rrethime të pambrojtura prej 20-25mhz, këto raste janë përjashtim sesa rregull. Mbi rreth 10-15 mhz, zakonisht duhet të merren parasysh panelet me shumë shtresa.

Ekzistojnë pesë qëllime që duhet të përpiqeni të arrini kur përdorni një tabelë me shumë shtresa. Ata janë:

1. Shtresa e sinjalit duhet të jetë gjithmonë ngjitur me rrafshin;

2. Shtresa e sinjalit duhet të lidhet fort (afër) me rrafshin e saj ngjitur;

3, aeroplani i fuqisë dhe aeroplani tokësor duhet të kombinohen ngushtë;

4, sinjali me shpejtësi të lartë duhet të varroset në vijën midis dy aeroplanëve, aeroplani mund të luajë një rol mbrojtës dhe mund të shtypë rrezatimin e linjës së printuar me shpejtësi të lartë;

5. Aeroplanët e shumtë të tokëzimit kanë shumë përparësi sepse ato do të zvogëlojnë rezistencën e tokëzimit (rrafshit të referencës) të tabelës dhe do të zvogëlojnë rrezatimin e zakonshëm.

Në përgjithësi, ne jemi përballur me një zgjedhje midis bashkimit të afërsisë së sinjalit/aeroplanit (Objektivi 2) dhe bashkimit të afërsisë së fuqisë/rrafshit të tokës (objektivi 3). Me teknikat konvencionale të ndërtimit të PCB, kapaciteti i pllakës së sheshtë midis furnizimit me energji ngjitur dhe rrafshit të tokës është i pamjaftueshëm për të siguruar shkëputje të mjaftueshme nën 500 MHz.

Prandaj, shkëputja duhet të adresohet me mjete të tjera, dhe në përgjithësi duhet të zgjedhim një bashkim të ngushtë midis sinjalit dhe rrafshit aktual të kthimit. Përparësitë e bashkimit të ngushtë midis shtresës së sinjalit dhe rrafshit aktual të kthimit do të tejkalojnë disavantazhet e shkaktuara nga një humbje e lehtë e kapacitetit midis rrafsheve.

Tetë shtresa është numri minimal i shtresave që mund të përdoren për të arritur të pesë këto qëllime. Disa nga këto qëllime do të duhet të komprometohen në dërrasat me katër dhe gjashtë shtresa. Në këto kushte, ju duhet të përcaktoni se cilat synime janë më të rëndësishme për modelin në fjalë.

Paragrafi i mësipërm nuk duhet të interpretohet për të nënkuptuar që ju nuk mund të bëni një dizajn të mirë EMC në një tabelë me katër ose gjashtë nivele, siç mundeni. Thjesht tregon se jo të gjithë objektivat mund të arrihen menjëherë dhe se kërkohet një lloj kompromisi.

Meqenëse të gjitha qëllimet e dëshiruara të EMC mund të arrihen me tetë shtresa, nuk ka asnjë arsye për të përdorur më shumë se tetë shtresa përveç për të akomoduar shtresa shtesë të përcjelljes së sinjalit.

Nga pikëpamja mekanike, një qëllim tjetër ideal është që të bëhet seksioni kryq i bordit të PCB simetrik (ose i balancuar) për të parandaluar prishjen.

Për shembull, në një dërrasë me tetë shtresa, nëse shtresa e dytë është një aeroplan, atëherë shtresa e shtatë duhet të jetë gjithashtu një aeroplan.

Prandaj, të gjitha konfigurimet e paraqitura këtu përdorin struktura simetrike ose të balancuara. Nëse lejohen struktura asimetrike ose të pabalancuara, është e mundur të ndërtohen konfigurime të tjera kaskaduese.

Pllakë me katër shtresa

Struktura më e zakonshme e pllakave me katër shtresa është treguar në Figurën 1 (rrafshi i fuqisë dhe rrafshi i tokës janë të këmbyeshëm). Përbëhet nga katër shtresa të ndara në mënyrë të barabartë me një rrafsh të fuqisë së brendshme dhe një rrafsh tokësor. Këto dy shtresa të jashtme të telave zakonisht kanë drejtime ortogonale të instalimeve elektrike.

Edhe pse ky konstruksion është shumë më i mirë se panelet e dyfishta, ai ka disa veçori më pak të dëshirueshme.

Për listën e objektivave në Pjesën 1, kjo pirg plotëson vetëm objektivin (1). Nëse shtresat janë të barabarta, ekziston një hendek i madh midis shtresës së sinjalit dhe rrafshit aktual të kthimit. Ekziston gjithashtu një hendek i madh midis rrafshit të energjisë dhe rrafshit tokësor.

Për një dërrasë me katër shtresa, ne nuk mund t’i korrigjojmë të dy defektet në të njëjtën kohë, kështu që duhet të vendosim se cila është më e rëndësishmja për ne.

Siç u përmend më herët, kapaciteti interlayer midis furnizimit me energji ngjitur dhe rrafshit tokësor është i pamjaftueshëm për të siguruar shkëputje adekuate duke përdorur teknikat konvencionale të prodhimit të PCB.

Shkëputja duhet të trajtohet me mjete të tjera, dhe ne duhet të zgjedhim një bashkim të ngushtë midis sinjalit dhe rrafshit aktual të kthimit. Përparësitë e bashkimit të ngushtë midis shtresës së sinjalit dhe rrafshit aktual të kthimit do të tejkalojnë disavantazhet e një humbje të lehtë të kapacitetit të ndërlidhjes.

Prandaj, mënyra më e thjeshtë për të përmirësuar performancën EMC të pllakës me katër shtresa është sjellja e shtresës së sinjalit sa më afër aeroplanit të jetë e mundur. 10mil), dhe përdor një bërthamë të madhe dielektrike midis burimit të energjisë dhe rrafshit tokësor (> 40 milil), siç tregohet në Figurën 2.

Kjo ka tre avantazhe dhe pak disavantazhe. Zona e lakut të sinjalit është më e vogël, kështu që gjenerohet më pak rrezatim i mënyrës diferenciale. Për rastin e një intervali 5mil midis shtresës së telave dhe shtresës së rrafshit, një reduktim i rrezatimit të lakut prej 10dB ose më shumë mund të arrihet në lidhje me një strukturë të grumbulluar në mënyrë të barabartë.

Së dyti, bashkimi i ngushtë i telave të sinjalit me tokën zvogëlon rezistencën planare (induktancën), duke zvogëluar kështu rrezatimin e zakonshëm të kabllit të lidhur me tabelën.

Së treti, bashkimi i ngushtë i instalimeve elektrike në aeroplan do të zvogëlojë kryqëzimin midis instalimeve elektrike. Për ndarjen fikse të kabllove, kryqëzimi është proporcional me katrorin e lartësisë së kabllit. Kjo është një nga mënyrat më të lehta, më të lira dhe më të anashkaluara për të zvogëluar rrezatimin nga një PCB me katër shtresa.

Me këtë strukturë kaskade, ne i përmbushim të dy objektivat (1) dhe (2).

Cilat mundësi të tjera ekzistojnë për strukturën e petëzuar me katër shtresa? Epo, ne mund të përdorim pak një strukturë jokonvencionale, domethënë ndërrimin e shtresës së sinjalit dhe shtresës së planit në Figurën 2 për të prodhuar kaskadën e treguar në Figurën 3A.

Avantazhi kryesor i këtij petëzimi është se rrafshi i jashtëm siguron mbrojtje për kalimin e sinjalit në shtresën e brendshme. Disavantazhi është se rrafshi tokësor mund të pritet shumë nga komponentët me densitet të lartë në PCB. Kjo mund të lehtësohet deri diku duke përmbysur rrafshin, duke vendosur rrafshin e fuqisë në anën e elementit dhe duke vendosur rrafshin tokësor në anën tjetër të bordit.

Së dyti, disa njerëzve nuk u pëlqen të kenë një aeroplan fuqie të ekspozuar, dhe së treti, shtresat e sinjalit të varrosura e bëjnë të vështirë ripërpunimin e tabelës. Kaskada plotëson objektivin (1), (2), dhe pjesërisht përmbush objektivin (4).

Dy nga këto tre probleme mund të zbuten me anë të një kaskade siç tregohet në Figurën 3B, ku dy rrafshet e jashtme janë aeroplan tokësor dhe furnizimi me energji elektrike drejtohet në planin e sinjalit si instalime elektrike.Furnizimi me energji elektrike do të drejtohet me raster duke përdorur gjurmë të gjera në shtresën e sinjalit.

Dy avantazhe shtesë të kësaj kaskade janë:

(1) Dy rrafshet tokësore ofrojnë rezistencë shumë më të ulët të tokës, duke zvogëluar kështu rrezatimin kabllor të modalitetit të zakonshëm;

(2) Dy rrafshet tokësore mund të qepen së bashku në periferi të pllakës për të vulosur të gjitha gjurmët e sinjalit në një kafaz Faraday.

Nga pikëpamja EMC, kjo shtresim, nëse bëhet mirë, mund të jetë shtresimi më i mirë i një PCB me katër shtresa. Tani ne kemi arritur qëllimet (1), (2), (4) dhe (5) me vetëm një dërrasë me katër shtresa.

Figura 4 tregon një mundësi të katërt, jo të zakonshme, por atë që mund të funksionojë mirë. Kjo është e ngjashme me Figurën 2, por rrafshi i tokës përdoret në vend të rrafshit të energjisë, dhe furnizimi me energji vepron si një gjurmë në shtresën e sinjalit për instalime elektrike.

Kjo kaskadë kapërcen problemin e lartpërmendur të ripunimit dhe gjithashtu siguron rezistencë të ulët të tokës për shkak të dy rrafsheve të tokës. Sidoqoftë, këto aeroplanë nuk ofrojnë mbrojtje. Ky konfigurim plotëson qëllimet (1), (2) dhe (5), por nuk kënaq qëllimet (3) ose (4).

Pra, siç mund ta shihni, ka më shumë mundësi për shtresimin me katër shtresa sesa mund të mendoni në fillim, dhe është e mundur të përmbushni katër nga pesë qëllimet tona me PCBS me katër shtresa. Nga pikëpamja EMC, shtresimi i figurave 2, 3b dhe 4 të gjitha funksionojnë mirë.

Dërrasë me 6 shtresa

Shumica e bordeve me gjashtë shtresa përbëhen nga katër shtresa të telave të sinjalit dhe dy shtresa të rrafshëta, dhe bordet me gjashtë shtresa janë përgjithësisht superiore ndaj bordeve me katër shtresa nga një perspektivë EMC.

Figura 5 tregon një strukturë kaskaduese që nuk mund të përdoret në një dërrasë me gjashtë shtresa.

Këta aeroplanë nuk sigurojnë mbrojtje për shtresën e sinjalit, dhe dy nga shtresat e sinjalit (1 dhe 6) nuk janë ngjitur me një aeroplan. Ky aranzhim funksionon vetëm nëse të gjithë sinjalet me frekuencë të lartë drejtohen në shtresat 2 dhe 5, dhe vetëm sinjale me frekuencë shumë të ulët, ose më mirë akoma, asnjë tela sinjali (thjesht pads lidhës) nuk drejtohen në shtresat 1 dhe 6.

Nëse përdoret, çdo zonë e papërdorur në katet 1 dhe 6 duhet të shtrohet dhe viAS të ngjitet në katin kryesor në sa më shumë vende të jetë e mundur.

Ky konfigurim plotëson vetëm një nga qëllimet tona origjinale (Qëllimi 3).

Me gjashtë shtresa në dispozicion, parimi i sigurimit të dy shtresave të varrosura për sinjale me shpejtësi të lartë (siç tregohet në Figurën 3) zbatohet lehtësisht, siç tregohet në Figurën 6. Ky konfigurim gjithashtu siguron dy shtresa sipërfaqësore për sinjale me shpejtësi të ulët.

Kjo është ndoshta struktura më e zakonshme me gjashtë shtresa dhe mund të jetë shumë efektive në kontrollin e emetimeve elektromagnetike nëse bëhet mirë. Ky konfigurim plotëson qëllimin 1,2,4, por jo objektivin 3,5. Disavantazhi i tij kryesor është ndarja e rrafshit të fuqisë dhe rrafshit tokësor.

Për shkak të kësaj ndarjeje, nuk ka shumë kapacitet ndër -aeroplan midis rrafshit të fuqisë dhe rrafshit tokësor, kështu që duhet të ndërmerret një dizajn i kujdesshëm i shkëputjes për të përballuar këtë situatë. Për më shumë informacion mbi shkëputjen, shihni këshillat tona të teknikës së Shkëputjes.

Një strukturë e petëzuar pothuajse identike, e sjellur mirë me gjashtë shtresa është treguar në Figurën 7.

H1 përfaqëson shtresën horizontale të drejtimit të sinjalit 1, V1 përfaqëson shtresën vertikale të drejtimit të sinjalit 1, H2 dhe V2 përfaqësojnë të njëjtin kuptim për sinjalin 2, dhe përparësia e kësaj strukture është se sinjalet drejtuese ortogonale i referohen gjithmonë të njëjtit plan.

Për të kuptuar pse kjo është e rëndësishme, shihni pjesën në aeroplanët sinjal-referues në Pjesën 6. Disavantazhi është se sinjalet e shtresës 1 dhe shtresës 6 nuk janë të mbrojtura.

Prandaj, shtresa e sinjalit duhet të jetë shumë afër rrafshit të saj ngjitur dhe një shtresë më e trashë e bërthamës së mesme duhet të përdoret për të kompensuar trashësinë e kërkuar të pllakës. Hapësira tipike e pllakave me trashësi 0.060 inç ka të ngjarë të jetë 0.005 “/ 0.005″/ 0.040 “/ 0.005″/ 0.005 “/ 0.005”. Kjo strukturë plotëson Objektivat 1 dhe 2, por jo objektivat 3, 4 ose 5.

Një pjatë tjetër me gjashtë shtresa me performancë të shkëlqyer është treguar në Figurën 8. Ai siguron dy shtresa të varrosura me sinjal dhe aeroplanë ngjitur me fuqinë dhe tokën për të përmbushur të pesë objektivat. Sidoqoftë, pengesa më e madhe është se ka vetëm dy shtresa instalime elektrike, kështu që nuk përdoret shumë shpesh.

Pllaka me gjashtë shtresa është më e lehtë për të marrë një pajtueshmëri të mirë elektromagnetike sesa pllaka me katër shtresa. Ne gjithashtu kemi përparësinë e katër shtresave të përcjelljes së sinjalit në vend që të kufizohemi në dy.

Ashtu siç ishte me bordin qarkor me katër shtresa, PCB me gjashtë shtresa përmbushi katër nga pesë qëllimet tona. Të pesë qëllimet mund të përmbushen nëse kufizohemi në dy shtresa të përcjelljes së sinjalit. Strukturat në figurën 6, figurën 7 dhe figurën 8 të gjitha funksionojnë mirë nga një perspektivë EMC.