PCB istifleme, ürünlerin EMC performansını belirlemek için önemli bir faktördür. İyi katmanlama, PCB döngüsünden (diferansiyel mod emisyonu) ve karta bağlı kablolardan (ortak mod emisyonu) gelen radyasyonu azaltmada çok etkili olabilir.

Öte yandan, kötü bir kaskad, her iki mekanizmanın radyasyonunu büyük ölçüde artırabilir. Plaka istiflemenin dikkate alınması için dört faktör önemlidir:

1. Katman sayısı;

2. Kullanılan katmanların sayısı ve türü (güç ve/veya toprak);

3. Katmanların sırası veya sırası;

4. Katmanlar arasındaki aralık.

Genellikle sadece katman sayısı dikkate alınır. Çoğu durumda, diğer üç faktör eşit derecede önemlidir ve dördüncüsü bazen PCB tasarımcısı tarafından bile bilinmez. Katman sayısını belirlerken aşağıdakileri göz önünde bulundurun:

1. Sinyal miktarı ve kablolama maliyeti;

2. Frekans;

3. Ürün, Sınıf A veya Sınıf B’nin piyasaya sürülme gereksinimlerini karşılamalı mı?

4. PCB ekranlı veya ekransız muhafaza içindedir;

5. Tasarım ekibinin EMC mühendislik uzmanlığı.

Genellikle sadece ilk terim dikkate alınır. Gerçekten de, tüm öğeler hayati öneme sahipti ve eşit olarak kabul edilmelidir. Bu son madde özellikle önemlidir ve en uygun tasarımın en az zaman ve maliyetle elde edilmesi isteniyorsa göz ardı edilmemelidir.

Bir zemin ve/veya güç düzlemi kullanan çok katmanlı bir plaka, iki katmanlı bir plakaya kıyasla radyasyon emisyonunda önemli bir azalma sağlar. Kullanılan genel bir kural, diğer tüm faktörlerin eşit olması koşuluyla, dört katlı bir plakanın iki katlı bir plakaya göre 15dB daha az radyasyon üretmesidir. Düz bir yüzeye sahip bir tahta, aşağıdaki nedenlerden dolayı düz bir yüzeye sahip olmayan bir tahtadan çok daha iyidir:

1. Sinyallerin mikroşerit hatlar (veya şerit hatlar) olarak yönlendirilmesine izin verirler. Bu yapılar, iki katmanlı kartlarda kullanılan rastgele kablolamadan çok daha az radyasyona sahip kontrollü empedans iletim hatlarıdır;

2. Yer düzlemi, zemin empedansını (ve dolayısıyla zemin gürültüsünü) önemli ölçüde azaltır.

20-25 mhz’lik korumasız muhafazalarda iki plaka başarıyla kullanılmış olsa da, bu durumlar kuraldan ziyade istisnadır. Yaklaşık 10-15 mhz’nin üzerinde, genellikle çok katmanlı paneller düşünülmelidir.

Çok katmanlı bir tahta kullanırken ulaşmaya çalışmanız gereken beş hedef vardır. Bunlar:

1. Sinyal katmanı her zaman uçağa bitişik olmalıdır;

2. Sinyal katmanı, bitişik düzleme sıkıca bağlanmalıdır (yakın);

3, güç düzlemi ve yer düzlemi yakından birleştirilmelidir;

4, yüksek hızlı sinyal iki düzlem arasındaki hatta gömülmelidir, uçak koruyucu bir rol oynayabilir ve yüksek hızlı baskılı hattın radyasyonunu bastırabilir;

5. Çoklu topraklama düzlemleri, kartın topraklama (referans düzlemi) empedansını azaltacağı ve ortak mod radyasyonunu azaltacağı için birçok avantaja sahiptir.

Genel olarak, sinyal/düzlem yakınlık kuplajı (Hedef 2) ve güç/yer düzlemi yakınlık kuplajı (hedef 3) arasında bir seçimle karşı karşıyayız. Geleneksel PCB yapım teknikleri ile, bitişik güç kaynağı ile yer düzlemi arasındaki düz plaka kapasitansı, 500 MHz’nin altında yeterli dekuplaj sağlamak için yetersizdir.

Bu nedenle, ayrıştırma başka yollarla ele alınmalı ve genellikle sinyal ile mevcut dönüş düzlemi arasında sıkı bir bağlantı seçmeliyiz. Sinyal katmanı ile akım dönüş düzlemi arasındaki sıkı bağlantının avantajları, düzlemler arasındaki küçük bir kapasitans kaybının neden olduğu dezavantajlardan daha ağır basacaktır.

Sekiz katman, bu beş hedefin tümüne ulaşmak için kullanılabilecek minimum katman sayısıdır. Bu hedeflerden bazılarının dört ve altı katlı panolarda taviz vermesi gerekecek. Bu koşullar altında, eldeki tasarım için hangi hedeflerin en önemli olduğunu belirlemelisiniz.

Yukarıdaki paragraf, dört veya altı katmanlı bir kartta yapabileceğiniz gibi iyi bir EMC tasarımı yapamayacağınız şeklinde yorumlanmamalıdır. Sadece tüm hedeflere aynı anda ulaşılamayacağını ve bir tür uzlaşmanın gerekli olduğunu gösteriyor.

İstenen tüm EMC hedeflerine sekiz katmanla ulaşılabildiğinden, ek sinyal yönlendirme katmanlarını barındırmak dışında sekizden fazla katman kullanmak için hiçbir neden yoktur.

Mekanik bir bakış açısından, bir başka ideal amaç, bükülmeyi önlemek için PCB kartının kesitini simetrik (veya dengeli) yapmaktır.

Örneğin, sekiz katmanlı bir tahtada, ikinci katman bir düzlem ise, yedinci katman da bir düzlem olmalıdır.

Bu nedenle, burada sunulan konfigürasyonların tümü simetrik veya dengeli yapılar kullanır. Asimetrik veya dengesiz yapılara izin verilirse, diğer basamaklı konfigürasyonlar oluşturmak mümkündür.

Dört katmanlı tahta

En yaygın dört katmanlı plaka yapısı Şekil 1’de gösterilmektedir (güç düzlemi ve yer düzlemi değiştirilebilir). Bir dahili güç düzlemi ve bir yer düzlemi ile eşit aralıklı dört katmandan oluşur. Bu iki harici kablolama katmanı genellikle dikey kablolama yönlerine sahiptir.

Bu yapı, çift panellerden çok daha iyi olmasına rağmen, daha az arzu edilen bazı özelliklere sahiptir.

Bölüm 1’deki hedeflerin listesi için bu yığın yalnızca hedefi (1) karşılar. Katmanlar eşit aralıklarla yerleştirilmişse, sinyal katmanı ile mevcut dönüş düzlemi arasında büyük bir boşluk vardır. Güç düzlemi ile yer düzlemi arasında da büyük bir boşluk vardır.

Dört katlı bir tahta için her iki kusuru da aynı anda düzeltemeyiz, bu nedenle bizim için en önemli olana karar vermeliyiz.

Daha önce bahsedildiği gibi, bitişik güç kaynağı ile yer düzlemi arasındaki ara katman kapasitansı, geleneksel PCB üretim teknikleri kullanılarak yeterli ayrıştırmayı sağlamak için yetersizdir.

Dekuplaj başka yollarla yapılmalıdır ve sinyal ile mevcut dönüş düzlemi arasında sıkı bir bağlantı seçmeliyiz. Sinyal katmanı ile akım dönüş düzlemi arasındaki sıkı bağlantının avantajları, katmanlar arası kapasitansın hafif kaybının dezavantajlarından daha ağır basacaktır.

Bu nedenle, dört katmanlı plakanın EMC performansını iyileştirmenin en basit yolu, sinyal katmanını mümkün olduğunca düzleme yaklaştırmaktır. 10mil) ve güç kaynağı ile yer düzlemi arasında büyük bir dielektrik çekirdek kullanır (> 40mil), Şekil 2’de gösterildiği gibi.

Bunun üç avantajı ve birkaç dezavantajı vardır. Sinyal döngü alanı daha küçüktür, dolayısıyla daha az diferansiyel mod radyasyonu üretilir. Kablolama katmanı ve düzlem katmanı arasında 5 mil’lik bir aralık olması durumunda, eşit aralıklı istiflenmiş bir yapıya göre 10dB veya daha fazla bir döngü radyasyonu azalması elde edilebilir.

İkincisi, sinyal kablolarının toprağa sıkı bir şekilde bağlanması, düzlemsel empedansı (endüktansı) azaltır, böylece karta bağlı kablonun ortak mod radyasyonunu azaltır.

Üçüncüsü, kablolamanın uçağa sıkı bir şekilde bağlanması kablolama arasındaki karışmayı azaltacaktır. Sabit kablo aralığı için, karışma, kablo yüksekliğinin karesi ile orantılıdır. Bu, dört katmanlı bir PCB’den radyasyonu azaltmanın en kolay, en ucuz ve en çok gözden kaçan yollarından biridir.

Bu kademeli yapı ile hem (1) hem de (2) hedefleri karşılıyoruz.

Dört katmanlı lamine yapı için başka hangi olasılıklar var? Pekala, Şekil 2A’da gösterilen kaskadını üretmek için Şekil 3’deki sinyal katmanını ve düzlem katmanını değiştirerek, biraz alışılmadık bir yapı kullanabiliriz.

Bu laminasyonun ana avantajı, dış düzlemin, iç katmandaki sinyal yönlendirmesi için koruma sağlamasıdır. Dezavantajı, yer düzleminin PCB üzerindeki yüksek yoğunluklu bileşen pedleri tarafından büyük ölçüde kesilebilmesidir. Bu, düzlemi tersine çevirerek, güç düzlemini elemanın yanına yerleştirerek ve yer düzlemini tahtanın diğer tarafına yerleştirerek bir dereceye kadar hafifletilebilir.

İkincisi, bazı insanlar açıkta bir güç düzlemine sahip olmaktan hoşlanmazlar ve üçüncü, gömülü sinyal katmanları, kartın yeniden işlenmesini zorlaştırır. Basamak (1), (2) amacını ve kısmen (4) amacını karşılamaktadır.

Bu üç problemden ikisi, Şekil 3B’de gösterildiği gibi, iki dış düzlemin yer düzlemleri olduğu ve güç kaynağının kablolama olarak sinyal düzleminde yönlendirildiği bir kademeli ile hafifletilebilir.Güç kaynağı, sinyal katmanında geniş izler kullanılarak raster olarak yönlendirilecektir.

Bu kaskadın iki ek avantajı şunlardır:

(1) İki zemin düzlemi çok daha düşük zemin empedansı sağlar, böylece ortak mod kablo radyasyonunu azaltır;

(2) İki yer düzlemi, bir Faraday kafesindeki tüm sinyal izlerini kapatmak için plakanın çevresinde birlikte dikilebilir.

EMC açısından, bu katmanlama, iyi yapılırsa, dört katmanlı bir PCB’nin en iyi katmanlaması olabilir. Şimdi sadece bir dört katmanlı tahta ile (1), (2), (4) ve (5) hedeflerine ulaştık.

Şekil 4, normal olanı değil, iyi performans gösterebilen dördüncü bir olasılığı göstermektedir. Bu, Şekil 2’ye benzer, ancak güç düzlemi yerine toprak düzlemi kullanılır ve güç kaynağı, kablolama için sinyal katmanı üzerinde bir iz görevi görür.

Bu kaskad, yukarıda bahsedilen yeniden işleme sorununun üstesinden gelir ve ayrıca iki yer düzlemi nedeniyle düşük zemin empedansı sağlar. Ancak bu uçaklar herhangi bir koruma sağlamaz. Bu konfigürasyon (1), (2) ve (5) hedefleri karşılar, ancak (3) veya (4) hedefleri karşılamaz.

Gördüğünüz gibi, dört katmanlı katmanlama için başlangıçta düşündüğünüzden daha fazla seçenek var ve dört katmanlı PCBS ile beş hedefimizin dördünü karşılamak mümkün. Bir EMC bakış açısından, Şekil 2, 3b ve 4’ün katmanlarının tümü iyi çalışır.

6 katman kartı

Altı katmanlı panoların çoğu, dört sinyal kablolama katmanı ve iki düzlem katmanından oluşur ve altı katmanlı panolar, EMC perspektifinden genellikle dört katmanlı panolardan üstündür.

Şekil 5, altı katmanlı bir tahtada kullanılamayan basamaklı bir yapıyı göstermektedir.

Bu düzlemler, sinyal katmanı için koruma sağlamaz ve sinyal katmanlarından (1 ve 6) ikisi bir düzleme bitişik değildir. Bu düzenleme, yalnızca tüm yüksek frekanslı sinyaller katman 2 ve 5’e yönlendirilirse ve yalnızca çok düşük frekanslı sinyaller veya daha iyisi, hiçbir sinyal kablosu (sadece lehim pedleri) katman 1 ve 6’ya yönlendirilirse çalışır.

Kullanılıyorsa, 1. ve 6. katlardaki kullanılmayan alanlar asfaltlanmalı ve mümkün olduğunca çok yerde ana kata viaAS bağlanmalıdır.

Bu yapılandırma, orijinal hedeflerimizden yalnızca birini karşılamaktadır (Hedef 3).

Mevcut altı katmanla, yüksek hızlı sinyaller için iki gömülü katman sağlama ilkesi (Şekil 3’te gösterildiği gibi), Şekil 6’da gösterildiği gibi kolayca uygulanır. Bu konfigürasyon ayrıca düşük hızlı sinyaller için iki yüzey katmanı sağlar.

Bu muhtemelen en yaygın altı katmanlı yapıdır ve iyi yapılırsa elektromanyetik emisyonu kontrol etmede çok etkili olabilir. Bu yapılandırma hedef 1,2,4’ü karşılar, ancak hedef 3,5’i karşılamaz. Ana dezavantajı, güç düzlemi ve yer düzleminin ayrılmasıdır.

Bu ayrılma nedeniyle, güç düzlemi ile yer düzlemi arasında çok fazla düzlemler arası kapasitans yoktur, bu nedenle bu durumla başa çıkmak için dikkatli bir ayırma tasarımı yapılmalıdır. Dekuplaj hakkında daha fazla bilgi için Dekuplaj tekniği ipuçlarımıza bakın.

Hemen hemen aynı, iyi huylu altı katmanlı lamine yapı Şekil 7’de gösterilmektedir.

H1, sinyal 1’in yatay yönlendirme katmanını temsil eder, V1, sinyal 1’in dikey yönlendirme katmanını temsil eder, H2 ve V2, sinyal 2 için aynı anlamı temsil eder ve bu yapının avantajı, ortogonal yönlendirme sinyallerinin her zaman aynı düzlemi ifade etmesidir.

Bunun neden önemli olduğunu anlamak için Kısım 6’daki sinyalden referansa düzlemler bölümüne bakın. Dezavantajı, katman 1 ve katman 6 sinyallerinin korumalı olmamasıdır.

Bu nedenle, sinyal katmanı bitişik düzleme çok yakın olmalı ve gerekli plaka kalınlığını oluşturmak için daha kalın bir orta çekirdek katmanı kullanılmalıdır. Tipik 0.060 inç kalınlığındaki plaka aralığı, muhtemelen 0.005 “/ 0.005” / 0.040 “/ 0.005” / 0.005 “/ 0.005” olacaktır. Bu yapı Hedef 1 ve 2’yi karşılar, ancak 3, 4 veya 5’i karşılamaz.

Mükemmel performansa sahip başka bir altı katmanlı plaka Şekil 8’de gösterilmektedir. Beş amacın tümünü karşılamak için iki sinyal gömülü katman ve bitişik güç ve yer düzlemleri sağlar. Ancak en büyük dezavantajı, sadece iki kablo katmanına sahip olmasıdır, bu nedenle çok sık kullanılmaz.

Altı katmanlı plaka, iyi bir elektromanyetik uyumluluk elde etmek için dört katmanlı plakaya göre daha kolaydır. Ayrıca iki ile sınırlı olmak yerine dört sinyal yönlendirme katmanı avantajına sahibiz.

Dört katmanlı devre kartında olduğu gibi, altı katmanlı PCB, beş hedefimizin dördünü karşıladı. Kendimizi iki sinyal yönlendirme katmanıyla sınırlandırırsak, beş hedefin tümü karşılanabilir. Şekil 6, Şekil 7 ve Şekil 8’deki yapıların tümü EMC perspektifinden iyi çalışır.