site logo

Огляд знань серії ЕМС, що каскадуються на друкованих платах

Друкована плата укладання є важливим фактором для визначення продуктивності ЕМС. Хороші нашарування можуть бути дуже ефективними для зменшення випромінювання від контуру друкованої плати (диференціальний режим випромінювання), а також від кабелів, підключених до плати (випромінювання загального режиму).

ipcb

З іншого боку, поганий каскад може значно збільшити випромінювання обох механізмів. Для розгляду укладання плит важливі чотири фактори:

1. Кількість шарів;

2. Кількість і тип використовуваних шарів (потужність та/або заземлення);

3. Порядок або послідовність шарів;

4. Інтервал між шарами.

Зазвичай враховується лише кількість шарів. У багатьох випадках інші три фактори однаково важливі, а четвертий іноді навіть не відомий дизайнеру друкованих плат. Визначаючи кількість шарів, враховуйте наступне:

1. Кількість сигналу та вартість проводки;

2. Частота;

3. Чи має виріб відповідати вимогам випуску класу А або класу В?

4. друкована плата знаходиться в екранованому або неекранованому корпусі;

5. Інженерна експертиза ЕМС команди дизайнерів.

Зазвичай враховується лише перший термін. Дійсно, всі пункти були життєво необхідними і їх слід розглядати однаково. Цей останній пункт є особливо важливим і його не слід опускати з уваги, якщо потрібно досягти оптимального проектування за мінімальну кількість часу та витрат.

Багатошарова пластина з використанням наземної та/або силової площини забезпечує значне зменшення випромінювання радіації порівняно з двошаровою пластиною. Загальне емпіричне правило полягає в тому, що чотиришарова пластина виробляє на 15 дБ менше випромінювання, ніж двошарова, при інших рівних чинниках. Дошка з плоскою поверхнею набагато краще, ніж дошка без плоскої поверхні з таких причин:

1. Вони дозволяють направляти сигнали як мікросмугові лінії (або стрічкові лінії). Ці структури є лініями передачі з керованим опором з набагато меншим випромінюванням, ніж випадкова проводка, що використовується на двошарових платах;

2. Площина заземлення значно зменшує опір землі (а отже, і шум землі).

Хоча дві пластини успішно використовуються в неекранованих корпусах з частотою 20-25 мГц, ці випадки є скоріше винятком, ніж правилом. Вище приблизно 10-15 МГц зазвичай слід розглядати багатошарові панелі.

При використанні багатошарової дошки потрібно постаратися досягти п’яти цілей. До них відносяться:

1. Сигнальний шар завжди повинен прилягати до площини;

2. Сигнальний шар повинен бути щільно з’єднаний (близько) до сусідньої площини;

3, площину живлення та площину заземлення слід тісно поєднати;

4, швидкісний сигнал повинен бути похований у лінії між двома площинами, літак може грати екрануючу роль і може пригнічувати випромінювання високошвидкісної друкованої лінії;

5. Кілька площин заземлення мають багато переваг, оскільки вони зменшать опір заземлення (опорної площини) плати та зменшать спільне випромінювання.

Загалом, перед нами стоїть вибір між зв’язком наближення сигналу/площини (ціль 2) та зв’язком наближення потужності/наземної площини (мета 3). За допомогою традиційних методів побудови друкованої плати ємність плоскої пластини між сусіднім джерелом живлення та площиною заземлення недостатня для забезпечення достатнього роз’єднання нижче 500 МГц.

Тому розв’язку необхідно вирішувати іншими засобами, і ми, як правило, повинні вибирати щільну зв’язок між сигналом і поточною площиною повернення. Переваги щільного зв’язку між сигнальним шаром і площиною повернення струму переважають недоліки, викликані незначною втратою ємності між площинами.

Вісім шарів – це мінімальна кількість шарів, які можна використати для досягнення всіх п’яти цих цілей. Деякі з цих цілей доведеться скомпрометувати на чотири- та шестишарових дошках. За цих умов ви повинні визначити, які цілі є найважливішими для дизайну.

Вищезгаданий абзац не слід тлумачити таким чином, що ви не можете зробити якісний дизайн ЕМС на чотири- або шестирівневій дошці, як ви можете. Це просто показує, що не всі цілі можна досягти одночасно і що потрібен певний компроміс.

Оскільки всі бажані цілі ЕМС можуть бути досягнуті за допомогою восьми шарів, немає підстав використовувати більше восьми шарів, окрім як для розміщення додаткових шарів маршрутизації сигналу.

З механічної точки зору, іншою ідеальною метою є зробити поперечний переріз друкованої плати симетричним (або збалансованим), щоб запобігти деформації.

Наприклад, на восьмишаровій дошці, якщо другий шар є площиною, то сьомий шар також повинен бути площиною.

Тому всі представлені тут конфігурації використовують симетричні або збалансовані структури. Якщо допускаються асиметричні або незбалансовані структури, можна побудувати інші каскадні конфігурації.

Чотиришарова дошка

Найпоширеніша структура чотиришарової пластини показана на малюнку 1 (площина живлення та площина заземлення взаємозамінні). Він складається з чотирьох рівномірно розташованих шарів з внутрішньою площиною живлення та площиною заземлення. Ці два зовнішні шари проводки зазвичай мають ортогональні напрямки.

Хоча ця конструкція набагато краще, ніж подвійні панелі, вона має деякі менш бажані особливості.

Для списку цілей у частині 1 цей стек задовольняє лише меті (1). Якщо шари розташовані на однаковій відстані, між сигнальним шаром і поточною площиною повернення існує великий розрив. Існує також великий розрив між площиною живлення та площиною землі.

Для чотиришарової дошки ми не можемо виправити обидва дефекти одночасно, тому ми повинні вирішити, що для нас є найважливішим.

Як згадувалося раніше, ємність міжшарового шару між суміжним джерелом живлення та площиною заземлення недостатня для забезпечення адекватного роз’єднання за допомогою звичайних технологій виготовлення друкованих плат.

Розв’язування потрібно здійснювати іншими способами, і нам слід вибрати щільну зв’язок між сигналом і поточною площиною повернення. Переваги щільного зв’язку між сигнальним шаром і площиною повернення струму переважатимуть недоліки незначної втрати ємності міжшарів.

Тому найпростіший спосіб поліпшити ЕМС характеристик чотиришарової пластини-це максимально наблизити шар сигналу до площини. 10мл) і використовує велику діелектричну жилу між джерелом живлення та площиною заземлення (> 40mil), як показано на малюнку 2.

Це має три переваги і мало недоліків. Площа контуру сигналу менша, тому генерується менше диференціального режиму випромінювання. У випадку інтервалу 5 мл між шаром електропроводки та плоским шаром можна досягти зменшення випромінювання петлі на 10 дБ або більше щодо однаково розташованої структури.

По-друге, щільне з’єднання сигнальних проводів із землею зменшує площинний опір (індуктивність), зменшуючи таким чином загальномодове випромінювання кабелю, підключеного до плати.

По -третє, щільне з’єднання проводки з площиною зменшить перехресні перешкоди між проводками. Для фіксованого інтервалу між кабелями перехресні перешкоди пропорційні квадрату висоти кабелю. Це один з найпростіших, найдешевших та найбільш забутих способів зменшення випромінювання чотиришарової друкованої плати.

За такої каскадної структури ми задовольняємо обидві цілі (1) та (2).

Які ще є можливості для чотиришарової ламінованої конструкції? Що ж, ми можемо використати частину нетрадиційної структури, а саме: перемикання сигнального шару та плоского шару на малюнку 2 для створення каскаду, зображеного на малюнку 3А.

Основна перевага цього ламінування полягає в тому, що зовнішня площина забезпечує екранування для маршрутизації сигналу на внутрішньому шарі. Недоліком є ​​те, що площина заземлення може бути сильно розрізана компонентами високої щільності на друкованій платі. Це можна певною мірою пом’якшити, змінивши площину заднім ходом, розташувавши площину живлення збоку від елемента, і розмістивши площину заземлення на іншій стороні дошки.

По -друге, деяким людям не подобається відкрита площина живлення, а по -третє, заховані шари сигналу ускладнюють переробку плати. Каскад відповідає цілям (1), (2) і частково задовольняє меті (4).

Дві з цих трьох проблем можна пом’якшити каскадом, як показано на малюнку 3В, де дві зовнішні площини є площинами заземлення, а джерело живлення направляється на площину сигналу як проводка.Джерело живлення має бути маршрутизовано за допомогою широких слідів у шарі сигналу.

Дві додаткові переваги цього каскаду:

(1) Дві площини заземлення забезпечують набагато менший опір землі, таким чином зменшуючи випромінювання кабелю загального режиму;

(2) Дві заземлені площини можна зшити разом по периферії пластини, щоб запечатати всі сигнальні сліди у клітці Фарадея.

З точки зору ЕМС, це нашарування, якщо воно зроблено добре, може бути найкращим шаром чотиришарової друкованої плати. Тепер ми досягли цілей (1), (2), (4) та (5) лише з однією чотиришаровою дошкою.

На малюнку 4 показано четверту можливість, не звичайну, але та, яка може працювати добре. Це схоже на малюнок 2, але замість площини живлення використовується площина заземлення, а блок живлення діє як слід на сигнальному шарі для проводки.

Цей каскад долає вищезгадану проблему переробки, а також забезпечує низький опір землі за рахунок двох наземних площин. Однак ці літаки не забезпечують жодного екранування. Ця конфігурація відповідає цілям (1), (2) і (5), але не задовольняє цілям (3) або (4).

Отже, як ви можете бачити, варіантів чотиришарового нашарування більше, ніж ви могли спочатку подумати, і за допомогою чотиришарової PCBS можна досягти чотирьох із наших п’яти цілей. З точки зору ЕМС, нашарування на малюнках 2, 3b та 4 добре працюють.

6 -шарова дошка

Більшість шестишарових плат складаються з чотирьох шарів сигнальної проводки та двох плоских шарів, а шестишарові плати, як правило, перевершують чотиришарові з точки зору ЕМС.

На малюнку 5 показана каскадна структура, яку не можна використовувати на шестишаровій дошці.

Ці площини не забезпечують екранування для сигнального шару, а два сигнальних шари (1 і 6) не прилягають до площини. Ця схема працює тільки в тому випадку, якщо всі високочастотні сигнали направлені на шари 2 і 5, і тільки дуже низькочастотні сигнали, а ще краще, взагалі не проходять жодні сигнальні дроти (лише пайки для пайки) на шарах 1 і 6.

У разі використання будь -які невикористані ділянки на 1 та 6 поверхах слід заасфальтувати та прикріпити viAS до основного поверху в якомога більшій кількості місць.

Ця конфігурація задовольняє лише одну з наших початкових цілей (ціль 3).

Маючи в наявності шість шарів, принцип забезпечення двох прихованих шарів для високошвидкісних сигналів (як показано на малюнку 3) легко реалізується, як показано на малюнку 6. Ця конфігурація також передбачає два поверхневих шари для низькошвидкісних сигналів.

Це, мабуть, найпоширеніша шестишарова структура і може бути дуже ефективною у контролі електромагнітного випромінювання, якщо це зроблено добре. Ця конфігурація відповідає цілі 1,2,4, але не цілі 3,5. Основним його недоліком є ​​розділення силової площини та площини заземлення.

Через це роз’єднання між площиною живлення та площиною заземлення не надто велика ємність між площинами, тому для вирішення цієї ситуації необхідно проводити ретельне роз’єднання. Для отримання додаткової інформації про від’єднання див. Наші поради щодо техніки роз’єднання.

Майже ідентична, добре поводиться шестишарова ламінована структура показана на малюнку 7.

H1 являє собою горизонтальний шар маршрутизації сигналу 1, V1 представляє вертикальний шар маршрутизації сигналу 1, H2 і V2 представляють однакове значення для сигналу 2, і перевага цієї структури полягає в тому, що сигнали ортогональної маршрутизації завжди відносяться до однієї площини.

Щоб зрозуміти, чому це важливо, див. Розділ про площини сигнал-відлік у частині 6. Недоліком є ​​те, що сигнали 1 і 6 не екрановані.

Тому сигнальний шар повинен бути дуже близько до сусідньої площини, а для того, щоб скласти необхідну товщину пластини, слід використовувати більш товстий шар середньої серцевини. Типовий інтервал між пластинами товщиною 0.060 дюйма, ймовірно, буде 0.005 “/ 0.005″/ 0.040 “/ 0.005″/ 0.005 “/ 0.005”. Ця структура відповідає цілям 1 і 2, але не цілям 3, 4 або 5.

Ще одна шестишарова пластина з відмінними характеристиками показана на малюнку 8. Він забезпечує два шари сигналу, а також прилеглі до них площини живлення та наземного покриття для виконання всіх п’яти завдань. Однак найбільшим недоліком є ​​те, що він має лише два шари проводки, тому його не використовують дуже часто.

Шестишарова пластина легше отримати хорошу електромагнітну сумісність, ніж чотиришарова пластина. Ми також маємо перевагу чотирьох рівнів маршрутизації сигналу замість обмеження двома.

Як і у випадку з чотиришаровою платою, шестишарова плата досягла чотирьох із наших п’яти цілей. Усі п’ять цілей можна досягти, якщо обмежитися двома рівнями маршрутизації сигналу. Усі структури на Малюнках 6, Малюнках 7 та Малюнках 8 добре працюють з точки зору ЕМС.