Преглед знања о ЕМЦ серији каскадних ПЦБ -а

ПЦБ- слагање је важан фактор за одређивање ЕМЦ перформанси производа. Добро распоређивање слојева може бити веома ефикасно у смањењу зрачења из ПЦБ петље (емисија у диференцијалном режиму), као и из каблова повезаних на плочу (емисија у уобичајеном режиму).

ипцб

С друге стране, лоша каскада може увелико повећати зрачење оба механизма. Четири фактора су важна за разматрање слагања плоча:

1. Број слојева;

2. Број и тип употребљених слојева (снага и/или уземљење);

3. Редослед или редослед слојева;

4. Интервал између слојева.

Обично се узима у обзир само број слојева. У многим случајевима, остала три фактора су једнако важна, а четврти понекад није познат чак ни дизајнеру ПЦБ -а. Приликом одређивања броја слојева, узмите у обзир следеће:

1. Количина сигнала и трошкови ожичења;

2. Учесталост;

3. Да ли производ мора испунити услове лансирања класе А или класе Б?

4. ПЦБ је у заштићеном или незаштићеном кућишту;

5. ЕМЦ инжењерска стручност дизајнерског тима.

Обично се узима у обзир само први термин. Заиста, све ставке су биле виталне и треба их сматрати једнако. Ова последња ставка је посебно важна и не треба је занемарити ако се жели постићи оптималан дизајн у најкраћем могућем року и трошковима.

Вишеслојна плоча која користи уземљење и/или равнину напајања обезбеђује значајно смањење емисије зрачења у поређењу са двослојном плочом. Опште правило које се користи је да четворослојна плоча производи 15дБ мање зрачења од двослојне плоче, при чему су сви други фактори једнаки. Плоча са равном површином много је боља од плоче без равне површине из следећих разлога:

1. Омогућавају усмеравање сигнала као микротракасте линије (или линије траке). Ове структуре су далеководи са контролисаном импедансом са много мање зрачења од насумичног ожичења које се користи на двослојним плочама;

2. Раван земље значајно смањује импеданцију тла (а самим тим и буку уземљења).

Иако су две плоче успешно коришћене у неоклопљеним кућиштима од 20-25мхз, ови случајеви су пре изузетак него правило. Изнад око 10-15 МХз, обично би требало размотрити вишеслојне плоче.

Постоји пет циљева које бисте требали покушати постићи када користите вишеслојну плочу. Су:

1. Сигнални слој увек треба да буде у близини равни;

2. Сигнални слој треба да буде чврсто повезан (близу) са својом суседном равни;

3, равнину снаге и равнину тла треба блиско комбиновати;

4, сигнал велике брзине треба сахранити у линији између два авиона, авион може играти заштитну улогу и може потиснути зрачење штампане линије велике брзине;

5. Више равни уземљења имају многе предности јер ће смањити импеданцију уземљења (референтне равни) плоче и смањити заједничко-модно зрачење.

Генерално, суочени смо са избором између спрезања сигнала/равни близине (Циљ 2) и Повезивања снаге/равнине земље (циљ 3). Са конвенционалним техникама изградње ПЦБ -а, капацитет равне плоче између суседног извора напајања и уземљења није довољан да обезбеди довољно раздвајање испод 500 МХз.

Због тога се раздвајање мора решити на друге начине, и генерално би требало да изаберемо тесну спрегу између сигнала и тренутне повратне равни. Предности чврсте спреге између сигналног слоја и тренутне повратне равни надмашит ће недостатке узроковане благим губитком капацитивности између равнина.

Осам слојева је минимални број слојева који се могу користити за постизање свих ових пет циљева. Неки од ових циљева морат ће бити угрожени на четверо- и шестослојним плочама. Под овим условима, морате утврдити који су циљеви најважнији за дизајн који је пред вама.

Горњи одломак не треба тумачити тако да значи да не можете направити добар ЕМЦ дизајн на четверо- или шестослојној плочи, као што можете. То само показује да се сви циљеви не могу постићи одједном и да је потребна нека врста компромиса.

Пошто се сви жељени циљеви ЕМЦ -а могу постићи са осам слојева, нема разлога за коришћење више од осам слојева осим за прилагођавање додатних слојева за усмеравање сигнала.

С механичке тачке гледишта, још један идеалан циљ је учинити попречни пресјек ПЦБ плоче симетричним (или уравнотеженим) како би се спријечило савијање.

На пример, на осмослојној плочи, ако је други слој равни, онда би и седми слој требало да буде раван.

Стога све конфигурације представљене овде користе симетричне или уравнотежене структуре. Ако су дозвољене асиметричне или неуравнотежене структуре, могуће је изградити друге каскадне конфигурације.

Четворослојна плоча

Најчешћа четворослојна структура плоча приказана је на слици 1 (равнина напајања и раван земље су заменљиве). Састоји се од четири равномерно распоређена слоја са унутрашњом равни снаге и равни земље. Ова два спољна слоја ожичења обично имају ортогоналне смерове ожичења.

Иако је ова конструкција много боља од двоструких плоча, има неке мање пожељне карактеристике.

За листу циљева у 1. делу, овај стек задовољава само циљ (1). Ако су слојеви једнако размакнути, постоји велики јаз између слоја сигнала и тренутне повратне равни. Такође постоји велики јаз између равни снаге и равни земље.

За четверослојну плочу не можемо истовремено исправити оба недостатка, па морамо одлучити који нам је најважнији.

Као што је раније поменуто, међуслојни капацитет између суседног извора напајања и уземљења није довољан да обезбеди одговарајуће раздвајање употребом конвенционалних техника производње ПЦБ -а.

Раздвајање се мора обавити на друге начине и требало би да изаберемо тесну везу између сигнала и тренутне повратне равни. Предности чврсте спреге између сигналног слоја и тренутне повратне равни надмашиће недостатке благог губитка међуслојног капацитета.

Стога је најједноставнији начин за побољшање ЕМЦ перформанси четворослојне плоче приближавање слоја сигнала што је могуће ближе равни. 10мил), и користи велико диелектрично језгро између извора напајања и уземљења (> 40мил), као што је приказано на слици 2.

Ово има три предности и неколико недостатака. Површина сигналне петље је мања, па се ствара мање зрачења у диференцијалном режиму. У случају интервала од 5мил између слоја ожичења и равни равни, може се постићи смањење зрачења петље за 10дБ или више у односу на једнако размакнуту сложену структуру.

Друго, чврсто спајање сигналног ожичења са масом смањује равнинску импеданцију (индуктивност), чиме се смањује заједничко-модално зрачење кабла спојеног на плочу.

Треће, чврсто спајање ожичења на равни смањиће преслушавање између ожичења. За фиксни размак каблова, преслушавање је пропорционално квадрату висине кабла. Ово је један од најлакших, најјефтинијих и најчешће занемарених начина за смањење зрачења из четворослојне ПЦБ.

Овом каскадном структуром задовољавамо оба циља (1) и (2).

Које друге могућности постоје за четверослојну ламинирану структуру? Па, можемо користити мало неконвенционалне структуре, наиме пребацивање сигналног слоја и равни равни на слици 2 за производњу каскаде приказане на слици 3А.

Главна предност ове ламинације је та што спољашња раван пружа заштиту за усмеравање сигнала на унутрашњем слоју. Недостатак је то што равнину уземљења могу јако исећи јастучићи са компонентама велике густине на ПЦБ-у. То се може донекле ублажити преокретањем равни, постављањем равнине напајања на страну елемента и постављањем равни земље на другу страну плоче.

Друго, неки људи не воле да имају изложен авион снаге, и треће, закопани слојеви сигнала отежавају преправку плоче. Каскада задовољава циљ (1), (2) и делимично задовољава циљ (4).

Два од ова три проблема могу се ублажити каскадом као што је приказано на слици 3Б, где су две спољне равни уземљене, а напајање се усмерава на сигналну раван као ожичење.Напајање мора бити растерски усмјерено помоћу широких трагова у слоју сигнала.

Две додатне предности ове каскаде су:

(1) Две уземљене равни пружају знатно нижу импеданцију тла, смањујући на тај начин заједничко-модално зрачење каблова;

(2) Две уземљене равни могу се сашити заједно на ободу плоче како би запечатиле све трагове сигнала у Фарадаиевом кавезу.

Са гледишта ЕМЦ-а, ово наношење слојева, ако се добро уради, може бити најбоље наношење четворослојне ПЦБ-а. Сада смо испунили циљеве (1), (2), (4) и (5) са само једном четворослојном плочом.

Слика 4 приказује четврту могућност, не уобичајену, већ ону која може имати добре перформансе. Ово је слично слици 2, али се равнина масе користи уместо равни напајања, а напајање делује као траг на сигналном слоју за ожичење.

Ова каскада превазилази горе поменути проблем преправке и такође пружа ниску импеданцију тла због две равни земље. Међутим, ови авиони не пружају никакву заштиту. Ова конфигурација задовољава циљеве (1), (2) и (5), али не задовољава циљеве (3) или (4).

Дакле, као што видите, постоји више опција за четворослојно наношење слојева него што сте у почетку мислили, а могуће је испунити четири од наших пет циљева са четворослојним ПЦБС-ом. С гледишта ЕМЦ -а, слојеви са слика 2, 3б и 4 добро функционишу.

6 -слојна плоча

Већина шестослојних плоча састоји се од четири слоја сигналног ожичења и два равна слоја, а шестослојне плоче су генерално супериорније од четворослојних плоча из ЕМЦ перспективе.

Слика 5 приказује каскадну структуру која се не може користити на шестослојној плочи.

Ове равни не пружају заштиту за сигнални слој, а два сигнална слоја (1 и 6) нису у близини равни. Овај распоред функционира само ако су сви високофреквентни сигнали усмјерени на слојеве 2 и 5, а само сигнали врло ниске фреквенције, или још боље, уопће нема сигналних жица (само лемне плоче) на слојевима 1 и 6.

Ако се користе, све неискоришћене површине на спратовима 1 и 6 треба асфалтирати и виАС причврстити на главни спрат на што је могуће више локација.

Ова конфигурација задовољава само један од наших првобитних циљева (циљ 3).

Са шест расположивих слојева, принцип обезбеђивања два закопана слоја за сигнале велике брзине (као што је приказано на слици 3) лако се примењује, као што је приказано на слици 6. Ова конфигурација такође обезбеђује два површинска слоја за сигнале мале брзине.

Ово је вероватно најчешћа шестослојна структура и може бити веома ефикасна у контроли електромагнетне емисије ако се добро уради. Ова конфигурација задовољава циљ 1,2,4, али не и циљ 3,5. Његов главни недостатак је раздвајање енергетског и земљаног авиона.

Због овог раздвајања, нема великог међупланинског капацитета између равнине напајања и равнине земље, па је потребно предузети пажљив дизајн раздвајања како би се носили са овом ситуацијом. За више информација о раздвајању погледајте наше савете о техници раздвајања.

Готово идентична шестослојна ламелирана структура са добрим понашањем приказана је на слици 7.

Х1 представља хоризонтални слој усмеравања сигнала 1, В1 представља вертикални слој усмеравања сигнала 1, Х2 и В2 представљају исто значење за сигнал 2, а предност ове структуре је што се ортогонални сигнали усмеравања увек односе на исту раван.

Да бисте разумели зашто је ово важно, погледајте одељак о сигнално-референтним равнинама у 6. делу. Недостатак је што сигнали слоја 1 и слоја 6 нису заштићени.

Због тога би сигнални слој требао бити врло близу суседне равни и требало би користити дебљи слој средњег језгра да би се надокнадила потребна дебљина плоче. Типичан размак између плоча дебљине 0.060 инча вероватно ће бити 0.005 “/ 0.005″/ 0.040 “/ 0.005″/ 0.005 “/ 0.005”. Ова структура задовољава циљеве 1 и 2, али не и циљеве 3, 4 или 5.

Још једна шестослојна плоча са одличним перформансама приказана је на слици 8. Он обезбеђује два слоја укопана у сигнал и суседне енергетске и земаљске равни да испуни свих пет циљева. Међутим, највећи недостатак је што има само два слоја ожичења, па се не користи често.

Шестослојна плоча лакше је постићи добру електромагнетну компатибилност него четворослојна плоча. Такође имамо предност четири слоја усмеравања сигнала уместо да смо ограничени на два.

Као што је био случај са четворослојном плочом, шестослојна ПЦБ испунила је четири од наших пет циљева. Свих пет циљева може бити испуњено ако се ограничимо на два слоја за усмеравање сигнала. Све структуре на сликама 6, 7 и 8 добро функционишу из ЕМЦ перспективе.