PCB stapling är en viktig faktor för att bestämma produkters EMC -prestanda. God skiktning kan vara mycket effektiv för att minska strålning från PCB -slingan (differentiallägesemission), liksom från kablar som är anslutna till kortet (common mode -utsläpp).

Å andra sidan kan en dålig kaskad kraftigt öka strålningen från båda mekanismerna. Fyra faktorer är viktiga för överväganden av plattstapling:

1. Antal lager;

2. Antalet och typen av använda lager (effekt och/eller mark);

3. Ordningen eller sekvensen av lager;

4. Intervallet mellan lager.

Vanligtvis beaktas endast antalet lager. I många fall är de tre andra faktorerna lika viktiga, och den fjärde är ibland inte ens känd för PCB -designern. Tänk på följande när du bestämmer antalet lager:

1. Signalkvantitet och kostnad för ledningar;

2. Frekvens;

3. Måste produkten uppfylla lanseringskraven för klass A eller klass B?

4. Kretskortet är i avskärmad eller oskärmad hölje;

5. Konstruktionsteamets expertkunskaper inom EMC.

Vanligtvis beaktas endast den första termen. Alla saker var verkligen viktiga och bör betraktas lika. Denna sista artikel är särskilt viktig och bör inte förbises om optimal design ska uppnås på minst tid och kostnad.

En flerskiktsplatta som använder ett mark- och/eller kraftplan ger en signifikant minskning av strålningsemission jämfört med en tvåskiktsplatta. En allmän tumregel som används är att en fyrlagersplatta producerar 15 dB mindre strålning än en tvålagersplatta, alla andra faktorer är lika. En bräda med en plan yta är mycket bättre än en bräda utan en plan yta av följande skäl:

1. De gör det möjligt att dirigera signaler som mikroremsor (eller bandlinjer). Dessa strukturer är kontrollerade impedansöverföringsledningar med mycket mindre strålning än slumpmässiga ledningar som används på tvålagerskort;

2. Markplanet minskar markimpedansen (och därmed markbruset) avsevärt.

Även om två plattor framgångsrikt har använts i oskärmade kapslingar på 20-25mhz, är dessa fall undantaget snarare än regeln. Över cirka 10-15 MHz bör flerskiktspaneler vanligtvis övervägas.

Det finns fem mål du bör försöka uppnå när du använder en flerlagerskort. De är:

1. Signalskiktet ska alltid ligga intill planet;

2. Signalskiktet bör vara tätt kopplat (nära) till dess intilliggande plan;

3 bör kraftplanet och markplanet kombineras nära;

4, höghastighetssignal bör begravas i linjen mellan två plan, planet kan spela en avskärmande roll och kan undertrycka strålningen från höghastighetstryckt linje;

5. Flera jordningsplan har många fördelar eftersom de kommer att minska kortets impedans (referensplan) och reducera vanlig strålning.

I allmänhet står vi inför ett val mellan signal/plan närhetskoppling (mål 2) och kraft/markplan närhetskoppling (mål 3). Med konventionella PCB -konstruktionstekniker är plattplattans kapacitans mellan den intilliggande strömförsörjningen och markplanet otillräcklig för att ge tillräcklig avkoppling under 500 MHz.

Därför måste avkopplingen åtgärdas på andra sätt, och vi bör i allmänhet välja en tät koppling mellan signalen och det aktuella returplanet. Fördelarna med tät koppling mellan signalskiktet och det aktuella returplanet kommer att uppväga nackdelarna som orsakas av en liten kapacitansförlust mellan planen.

Åtta lager är det minsta antalet lager som kan användas för att uppnå alla dessa fem mål. Några av dessa mål kommer att behöva äventyras på fyra-och sexlagers styrelser. Under dessa förhållanden måste du avgöra vilka mål som är viktigast för designen.

Ovanstående stycke ska inte tolkas så att du inte kan göra en bra EMC-design på en fyra-eller sexlagers bräda, som du kan. Det visar bara att inte alla mål kan uppnås på en gång och att någon form av kompromiss krävs.

Eftersom alla önskade EMC -mål kan uppnås med åtta lager, finns det ingen anledning att använda mer än åtta lager förutom att ta emot ytterligare signaldirigeringslager.

Ur mekanisk synvinkel är ett annat idealiskt mål att göra tvärsnittet av kretskortet symmetriskt (eller balanserat) för att förhindra snedvridning.

Till exempel, på en åtta-lagerskiva, om det andra lagret är ett plan, bör det sjunde lagret också vara ett plan.

Därför använder alla konfigurationer som presenteras här symmetriska eller balanserade strukturer. Om asymmetriska eller obalanserade strukturer är tillåtna är det möjligt att bygga andra kaskadkonfigurationer.

Fyra lager bräda

Den vanligaste fyrskiktsplattstrukturen visas i figur 1 (kraftplanet och markplanet är utbytbara). Den består av fyra jämnt fördelade lager med ett internt kraftplan och ett markplan. Dessa två externa ledningsskikt har vanligtvis ortogonala ledningsriktningar.

Även om denna konstruktion är mycket bättre än dubbla paneler, har den några mindre önskvärda funktioner.

För listan över mål i del 1 uppfyller denna stack endast mål (1). Om lagren är lika fördelade finns det ett stort gap mellan signalskiktet och det aktuella returplanet. Det finns också ett stort gap mellan kraftplanet och markplanet.

För en fyrskiktskort kan vi inte korrigera båda defekterna samtidigt, så vi måste bestämma vilket som är viktigast för oss.

Som nämnts tidigare är mellanlagerkapacitansen mellan den intilliggande strömförsörjningen och jordplanet otillräcklig för att åstadkomma adekvat avkoppling med konventionella PCB -tillverkningstekniker.

Avkoppling måste hanteras på andra sätt, och vi bör välja en tät koppling mellan signalen och det aktuella returplanet. Fördelarna med tät koppling mellan signalskiktet och det aktuella returplanet kommer att uppväga nackdelarna med en liten förlust av mellanlagerkapacitans.

Därför är det enklaste sättet att förbättra EMC-prestanda för fyrskiktsplattan att föra signalskiktet så nära planet som möjligt. 10mil) och använder en stor dielektrisk kärna mellan strömkällan och jordplanet (> 40mil), som visas i figur 2.

Detta har tre fördelar och få nackdelar. Signalslingområdet är mindre, så mindre differentiallägesstrålning genereras. För ett intervall på 5 mil mellan ledningsskiktet och planskiktet kan en slingstrålningsreduktion på 10 dB eller mer uppnås i förhållande till en staplad struktur med lika mellanrum.

För det andra minskar den täta kopplingen av signalkablar till marken den plana impedansen (induktansen), vilket minskar den vanliga strålningen för kabeln som är ansluten till kortet.

För det tredje kommer den täta kopplingen av ledningarna till planet att minska överhörningen mellan ledningarna. För fasta kabelavstånd är överhörningen proportionell mot kvadraten med kabelhöjden. Detta är ett av de enklaste, billigaste och mest förbisedda sätten att minska strålning från ett fyra-lager PCB.

Genom denna kaskadstruktur uppfyller vi både mål (1) och (2).

Vilka andra möjligheter finns för den laminerade strukturen med fyra lager? Tja, vi kan använda lite av en okonventionell struktur, nämligen att byta signalskikt och planskikt i figur 2 för att producera kaskaden som visas i figur 3A.

Den största fördelen med denna laminering är att det yttre planet ger avskärmning för signalöverföring på det inre lagret. Nackdelen är att markplanet kan skäras kraftigt av högdensitetskomponentdynorna på kretskortet. Detta kan till viss del lindras genom att vända planet, placera kraftplanet på elementets sida och placera markplanet på den andra sidan av brädet.

För det andra gillar vissa människor inte att ha ett exponerat kraftplan, och för det tredje gör begravda signallager det svårt att bearbeta ombordet. Kaskaden uppfyller mål (1), (2) och delvis uppfyller mål (4).

Två av dessa tre problem kan lindras av en kaskad som visas i figur 3B, där de två yttre planen är markplan och strömförsörjningen leds på signalplanet som ledningar.Strömförsörjningen ska vara rasterstyrd med breda spår i signalskiktet.

Två ytterligare fördelar med denna kaskad är:

(1) De två markplanen ger mycket lägre markimpedans, vilket minskar kabeldragning i vanligt läge;

(2) De två markplanen kan sys ihop vid plattans periferi för att täta alla signalspår i en Faraday -bur.

Ur EMC-synvinkel kan denna skiktning, om den görs bra, vara den bästa skikten av ett fyrskiktskort. Nu har vi uppnått mål (1), (2), (4) och (5) med bara en fyrskiktsbräda.

Figur 4 visar en fjärde möjlighet, inte den vanliga, utan en som kan fungera bra. Detta liknar figur 2, men jordplanet används istället för kraftplanet, och strömförsörjningen fungerar som ett spår på signalskiktet för ledningar.

Denna kaskad övervinner det ovannämnda omarbetningsproblemet och ger också låg markimpedans på grund av de två markplanen. Dessa plan ger dock ingen skärmning. Denna konfiguration uppfyller mål (1), (2) och (5), men uppfyller inte mål (3) eller (4).

Så som du kan se finns det fler alternativ för fyra-lager-lager än du kanske tror från början, och det är möjligt att uppfylla fyra av våra fem mål med fyra-lager PCBS. Ur EMC -synvinkel fungerar skiktningen i figurerna 2, 3b och 4 alla bra.

6 lagerskiva

De flesta sexlagerskort består av fyra signalledningsskikt och två plana lager, och sexlagerskort är i allmänhet överlägsna fyrskiktsbrädor ur ett EMC-perspektiv.

Figur 5 visar en kaskadstruktur som inte kan användas på en sexlagerskartong.

Dessa plan tillhandahåller inte avskärmning för signalskiktet, och två av signalskikten (1 och 6) ligger inte intill ett plan. Detta arrangemang fungerar bara om alla högfrekventa signaler dirigeras till lager 2 och 5, och endast mycket lågfrekventa signaler, eller ännu bättre, inga signaltrådar alls (bara lödkuddar) dirigeras till lager 1 och 6.

Om det används ska alla oanvända ytor på våning 1 och 6 vara asfalterade och viAS fästas på bottenvåningen på så många platser som möjligt.

Denna konfiguration uppfyller endast ett av våra ursprungliga mål (mål 3).

Med sex lager tillgängliga är principen att tillhandahålla två nedgrävda lager för höghastighetssignaler (som visas i figur 3) lätt att implementera, som visas i figur 6. Denna konfiguration ger också två ytskikt för låghastighetssignaler.

Detta är förmodligen den vanligaste sexskiktade strukturen och kan vara mycket effektiv för att kontrollera elektromagnetisk strålning om den görs bra. Denna konfiguration uppfyller mål 1,2,4, men inte mål 3,5. Dess största nackdel är separationen mellan kraftplan och markplan.

På grund av denna separering är det inte mycket mellanplanskapacitans mellan kraftplanet och markplanet, så noggrann avkopplingsdesign måste utföras för att klara denna situation. Mer information om avkoppling finns i våra tips för avkopplingsteknik.

En nästan identisk, välskött sexlagers laminerad struktur visas i figur 7.

H1 representerar det horisontella routingsskiktet för signal 1, V1 representerar det vertikala routingsskiktet för signal 1, H2 och V2 representerar samma betydelse för signal 2, och fördelen med denna struktur är att ortogonala routingsignaler alltid hänvisar till samma plan.

För att förstå varför detta är viktigt, se avsnittet om signal-till-referensplan i del 6. Nackdelen är att skikt 1 och skikt 6 -signaler inte är avskärmade.

Därför bör signalskiktet vara mycket nära sitt intilliggande plan och ett tjockare mittkärnskikt bör användas för att kompensera för erforderlig plåttjocklek. Det typiska 0.060 tum tjocka plåtavståndet är sannolikt 0.005 “/ 0.005”/ 0.040 “/ 0.005”/ 0.005 ”/ 0.005”. Denna struktur uppfyller mål 1 och 2, men inte mål 3, 4 eller 5.

En annan platta med sex lager med utmärkt prestanda visas i figur 8. Den ger två signalgrävda lager och intilliggande kraft- och markplan för att uppfylla alla fem målen. Den största nackdelen är dock att den bara har två ledningsskikt, så den används inte så ofta.

Sexskiktsplatta är lättare att få bra elektromagnetisk kompatibilitet än fyrskiktsplatta. Vi har också fördelen med fyra signalöverföringslager istället för att vara begränsade till två.

Som var fallet med kretskortet med fyra lager, uppnådde kretskortet med sex lager fyra av våra fem mål. Alla fem målen kan uppnås om vi begränsar oss till två signalrouteringslager. Strukturerna i Figur 6, Figur 7 och Figur 8 fungerar alla bra ur ett EMC -perspektiv.