ในการออกแบบ EMC ของ PCBข้อกังวลแรกคือการตั้งค่าเลเยอร์ ชั้นของบอร์ดประกอบด้วยพาวเวอร์ซัพพลาย ชั้นกราวด์ และชั้นสัญญาณ ในการออกแบบผลิตภัณฑ์ของ EMC นอกจากการเลือกส่วนประกอบและการออกแบบวงจรแล้ว การออกแบบ PCB ที่ดียังเป็นปัจจัยที่สำคัญมากอีกด้วย

กุญแจสำคัญในการออกแบบ EMC ของ PCB คือการลดพื้นที่ backflow และทำให้เส้นทาง backflow ไหลในทิศทางที่เราออกแบบ การออกแบบเลเยอร์เป็นพื้นฐานของ PCB วิธีการทำงานที่ดีของการออกแบบเลเยอร์ PCB เพื่อให้เอฟเฟกต์ EMC ของ PCB เหมาะสมที่สุด?

I. แนวคิดการออกแบบของเลเยอร์ PCB

แกนหลักของการวางแผนและออกแบบ EMC ที่เคลือบด้วย PCB คือการวางแผนเส้นทางการไหลย้อนกลับของสัญญาณอย่างสมเหตุสมผล เพื่อลดพื้นที่การไหลย้อนกลับของสัญญาณจากเลเยอร์กระจกของบอร์ด เพื่อที่จะกำจัดหรือลดฟลักซ์แม่เหล็กให้น้อยที่สุด

เลเยอร์มิเรอร์บอร์ดเดียว

ชั้นกระจกเป็นชั้นที่สมบูรณ์ของชั้นระนาบเคลือบทองแดง (ชั้นแหล่งจ่ายไฟ ชั้นดิน) ติดกับชั้นสัญญาณภายใน PCB ฟังก์ชั่นหลักมีดังนี้:

(1) ลดเสียงย้อนกลับ: ชั้นกระจกเงาสามารถให้เส้นทางความต้านทานต่ำสำหรับการไหลย้อนกลับของชั้นสัญญาณ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีกระแสขนาดใหญ่ในระบบจำหน่ายไฟฟ้า บทบาทของชั้นกระจกจะชัดเจนมากขึ้น

(2) การลด EMI: การมีอยู่ของชั้นกระจกจะลดพื้นที่ของวงปิดที่เกิดจากสัญญาณและการไหลย้อน และลด EMI

(3) ลด crosstalk: ช่วยควบคุมปัญหา crosstalk ระหว่างสายสัญญาณในวงจรดิจิตอลความเร็วสูง เปลี่ยนความสูงของสายสัญญาณจากเลเยอร์กระจก คุณสามารถควบคุม crosstalk ระหว่างสายสัญญาณได้ ยิ่งสูง ยิ่งเล็ก ครอสทอล์ค;

(4) การควบคุมอิมพีแดนซ์เพื่อป้องกันการสะท้อนของสัญญาณ

การเลือกชั้นกระจก

(1) ทั้งแหล่งจ่ายไฟและระนาบพื้นสามารถใช้เป็นระนาบอ้างอิง และมีผลป้องกันบางอย่างในการเดินสายภายใน

(2) ค่อนข้างพูด ระนาบกำลังมีอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะสูง และมีความต่างศักย์มากกับระดับอ้างอิง และการรบกวนความถี่สูงบนระนาบกำลังค่อนข้างใหญ่

(3) จากมุมมองของการป้องกัน โดยทั่วไประนาบพื้นจะต่อสายดินและใช้เป็นจุดอ้างอิงของระดับอ้างอิง และเอฟเฟกต์การป้องกันนั้นดีกว่าระนาบกำลังมาก

(4) เมื่อเลือกระนาบอ้างอิง ควรเลือกระนาบพื้น และเลือกระนาบกำลังเป็นรอง

Two, magnetic flux cancellation principle

ตามสมการของแมกซ์เวลล์ การกระทำทางไฟฟ้าและแม่เหล็กทั้งหมดระหว่างวัตถุที่มีประจุแยกกันหรือกระแสจะถูกส่งผ่านบริเวณตรงกลางระหว่างกัน ไม่ว่าจะเป็นสุญญากาศหรือสสารที่เป็นของแข็ง ใน PCB ฟลักซ์จะแพร่กระจายในสายส่งเสมอ หากเส้นทางการไหลย้อนกลับของ rf ขนานกับเส้นทางสัญญาณที่สอดคล้องกัน ฟลักซ์บนเส้นทางการไหลย้อนกลับจะอยู่ในทิศทางตรงกันข้ามกับเส้นทางสัญญาณ จากนั้นจะซ้อนทับกัน และจะได้รับผลของการยกเลิกฟลักซ์

ลักษณะของการยกเลิกฟลักซ์แม่เหล็ก

สาระสำคัญของการยกเลิกฟลักซ์คือการควบคุมเส้นทางการไหลย้อนกลับของสัญญาณ ดังแสดงในแผนภาพต่อไปนี้:

กฎมือขวาอธิบายเอฟเฟกต์การยกเลิกฟลักซ์แม่เหล็ก

วิธีการใช้กฎมือขวาเพื่ออธิบายเอฟเฟกต์การยกเลิกฟลักซ์แม่เหล็กเมื่อชั้นสัญญาณอยู่ติดกับสตราตัมมีคำอธิบายดังนี้:

(1) เมื่อกระแสไหลผ่านเส้นลวด สนามแม่เหล็กจะถูกสร้างขึ้นรอบๆ เส้นลวด และทิศทางของสนามแม่เหล็กจะถูกกำหนดโดยกฎมือขวา

(2) เมื่อมีสองตัวอยู่ใกล้กันและขนานกับเส้นลวดดังแสดงในรูปด้านล่าง ตัวนำไฟฟ้าตัวใดตัวหนึ่งที่จะระบายออก อีกตัวหนึ่งเป็นตัวนำไฟฟ้าที่จะไหล ถ้ากระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ลวดเป็นกระแสและสัญญาณกระแสย้อนกลับจากนั้นทิศทางตรงข้ามของกระแสทั้งสองจะเท่ากันดังนั้นสนามแม่เหล็กของพวกมันจึงเท่ากัน แต่ทิศทางตรงกันข้ามดังนั้นพวกเขาจึงยกเลิกกัน

ตัวอย่างการออกแบบบอร์ดห้าหกแผ่น

สำหรับหกชั้นควรใช้แผน 3

วิเคราะห์:

(1) เนื่องจากชั้นสัญญาณอยู่ติดกับระนาบอ้างอิงการรีโฟลว์ และ S1, S2 และ S3 อยู่ติดกับระนาบพื้น จึงได้เอฟเฟกต์การยกเลิกฟลักซ์แม่เหล็กที่ดีที่สุด ดังนั้น S2 จึงเป็นเลเยอร์การกำหนดเส้นทางที่ต้องการ ตามด้วย S3 และ S1

(2) ระนาบกำลังไฟฟ้าอยู่ติดกับระนาบ GND ระยะห่างระหว่างระนาบมีขนาดเล็กมาก และมีผลการยกเลิกฟลักซ์แม่เหล็กที่ดีที่สุดและอิมพีแดนซ์ระนาบพลังงานต่ำ

(3) แหล่งจ่ายไฟหลักและผ้าปูพื้นที่สอดคล้องกันอยู่ที่ชั้น 4 และ 5 เมื่อตั้งค่าความหนาของชั้นแล้ว ควรเพิ่มระยะห่างระหว่าง S2-P และระยะห่างระหว่าง P-G2 ควรลดลง (ระยะห่างระหว่างชั้น G1-S2 ควรลดลงตามลำดับ) เพื่อลดอิมพีแดนซ์ของระนาบกำลังและอิทธิพลของแหล่งจ่ายไฟบน S2

สำหรับหกชั้น ตัวเลือก 4

วิเคราะห์:

แบบแผน 4 เหมาะสมกว่าแบบแผน 3 สำหรับความต้องการสัญญาณท้องถิ่นจำนวนน้อย ซึ่งสามารถให้ชั้นการเดินสาย S2 ที่ดีเยี่ยม

เอฟเฟกต์ EMC ที่แย่ที่สุด แผน 2

การวิเคราะห์: ในโครงสร้างนี้ S1 และ S2 อยู่ติดกัน S3 และ S4 อยู่ติดกัน และ S3 และ S4 ไม่ได้อยู่ติดกับระนาบพื้น ดังนั้นเอฟเฟกต์การยกเลิกฟลักซ์แม่เหล็กจึงไม่ดี

ข้อสรุป

หลักการเฉพาะของการออกแบบเลเยอร์ PCB:

(1) มีระนาบกราวด์สมบูรณ์ (ชีลด์) อยู่ใต้พื้นผิวส่วนประกอบและพื้นผิวเชื่อม

(2) พยายามหลีกเลี่ยงชั้นสัญญาณสองชั้นที่อยู่ติดกันโดยตรง

(3) ชั้นสัญญาณทั้งหมดอยู่ติดกับระนาบพื้นให้มากที่สุด

(4) ชั้นสายไฟที่มีความถี่สูง ความเร็วสูง นาฬิกา และสัญญาณหลักอื่นๆ ควรมีระนาบกราวด์ที่อยู่ติดกัน