Lamine tasarımlarda genel olarak iki temel kural vardır:
1. Her yönlendirme katmanının bitişik bir referans katmanı (güç kaynağı veya formasyon) olmalıdır;
2. Büyük bir kuplaj kapasitansı sağlamak için bitişik ana güç katmanı ile toprak arasındaki mesafe minimum düzeyde tutulmalıdır;
Aşağıda iki katmanlıdan sekiz katmanlıya kadar bir yığının örneği gösterilmektedir:
A. tek taraflı PCB kartı ve çift taraflı PCB kartı lamine
İki katmanda, katman sayısı az olduğundan laminasyon sorunu yaşanmaz. EMI radyasyon kontrolü esas olarak kablolama ve yerleşim planından kaynaklanır;
Tek katmanlı ve çift katmanlı levhaların elektromanyetik uyumluluğu giderek daha belirgin hale geliyor. Bu olgunun temel nedeni, sinyal döngüsü alanının çok büyük olması ve bunun yalnızca güçlü elektromanyetik radyasyon üretmesi değil, aynı zamanda devreyi dış parazitlere karşı hassas hale getirmesidir. Bir hattın elektromanyetik uyumluluğunu iyileştirmenin en basit yolu, kritik bir sinyalin döngü alanını azaltmaktır.
Kritik sinyal: Elektromanyetik uyumluluk açısından kritik sinyal, esas olarak güçlü radyasyon üreten ve dış dünyaya duyarlı olan sinyali ifade eder. Güçlü radyasyon üretebilen sinyaller genellikle düşük saat veya adres sinyalleri gibi periyodik sinyallerdir. Girişime duyarlı sinyaller ise düşük seviyede analog sinyal içeren sinyallerdir.
10KHz'in altındaki düşük frekanslı simülasyon tasarımlarında genellikle tek ve çift katmanlı plakalar kullanılır:
1) Güç kablolarını aynı katman üzerinde radyal olarak döşeyin ve hatların uzunluklarının toplamını en aza indirin;
2) Güç kaynağı ve topraklama kablosunu birbirine yakın bir şekilde yürütürken; ana sinyal kablosunun yanına mümkün olduğunca yakın bir topraklama kablosu döşeyin. Böylece daha küçük bir devre alanı oluşturulur ve diferansiyel mod radyasyonunun dış parazitlere duyarlılığı azalır. Sinyal kablosunun yanına bir topraklama kablosu eklendiğinde, en küçük alana sahip bir devre oluşturulur ve sinyal akımının diğer topraklama yolu yerine bu devre üzerinden yönlendirilmesi gerekir.
3) Çift katmanlı bir devre kartı ise, devre kartının diğer tarafına, alttaki sinyal hattına yakın bir yere, sinyal hattı boyunca mümkün olduğunca geniş bir topraklama kablosu döşenebilir. Ortaya çıkan devre alanı, devre kartının kalınlığının sinyal hattının uzunluğuyla çarpımına eşittir.
B.Dört katmanın laminasyonu
1. İşaret-gnd (GÜÇ)-GÜÇ (GND)-SİG;
2. GND-SIG(GÜÇ)-SIG(GÜÇ)-GND;
Bu lamine tasarımların her ikisinde de potansiyel sorun, geleneksel 1,6 mm (62 mil) plaka kalınlığındadır. Katman aralıkları genişleyecek ve bu durum yalnızca empedans, katmanlar arası bağlantı ve ekranlama kontrolüne yardımcı olmakla kalmayacak; özellikle güç kaynağı katmanları arasındaki geniş aralık, plaka kapasitansını azaltacak ve gürültü filtrelemesine olanak sağlamayacaktır.
İlk şema, genellikle kartta çok sayıda yonga olması durumunda kullanılır. Bu şema daha iyi SI performansı sağlayabilir, ancak EMI performansı o kadar iyi değildir ve bu da esas olarak kablolama ve diğer detaylarla kontrol edilir. Dikkat edilmesi gereken önemli nokta: Formasyon, radyasyonun emilimi ve bastırılmasına elverişli en yoğun sinyal katmanının sinyal katmanına yerleştirilir; 20H kuralını yansıtmak için plaka alanını artırın.
İkinci şema, genellikle kart üzerindeki yonga yoğunluğunun yeterince düşük olduğu ve yonganın etrafında gerekli güç bakır kaplamasını yerleştirmek için yeterli alan olduğu durumlarda kullanılır. Bu şemada, PCB'nin dış katmanı tamamen katmanlı, ortadaki iki katman ise sinyal/güç katmanıdır. Sinyal katmanındaki güç kaynağı, geniş bir hat üzerinden yönlendirilir; bu da güç kaynağı akımının yol empedansını ve sinyal mikroşerit yolunun empedansını düşük hale getirebilir ve dış katmandan geçen iç sinyal radyasyonunu da koruyabilir. EMI kontrolü açısından, bu, mevcut en iyi 4 katmanlı PCB yapısıdır.
Dikkat edilmesi gereken önemli noktalar: Sinyalin ortadaki iki katmanı, güç karıştırma katmanı aralığı açık olmalı, hat yönü dikey olmalı, çapraz konuşmadan kaçınılmalıdır; 20H kurallarını karşılayan uygun bir kontrol paneli alanı; Kabloların empedansı kontrol edilecekse, kablolar güç kaynağı ve topraklama bakır adalarının altına çok dikkatli bir şekilde döşenmelidir. Ayrıca, DC ve düşük frekans bağlantısını sağlamak için güç kaynağı veya bakır döşeme mümkün olduğunca birbirine bağlanmalıdır.
C. Altı kat plakanın laminasyonu
Yüksek yonga yoğunluğu ve yüksek saat frekansı tasarımı için 6 katmanlı bir anakart tasarımı düşünülmelidir. Laminasyon yöntemi önerilir:
1.SİG-GND-SİG-GÜÇ-GND-SİG;
Bu şema için laminasyon şeması, sinyal katmanının topraklama katmanına bitişik olması, güç katmanının topraklama katmanıyla eşleştirilmesiyle iyi bir sinyal bütünlüğü sağlar; her yönlendirme katmanının empedansı iyi kontrol edilebilir ve her iki katman da manyetik hatları iyi emebilir. Ayrıca, tam güç kaynağı ve oluşumu koşulunda her sinyal katmanı için daha iyi bir dönüş yolu sağlayabilir.
2. GND-SİG-GND-GÜÇ-SİG-GND;
Bu şema, yalnızca cihaz yoğunluğunun çok yüksek olmadığı durumlar için geçerlidir. Bu katman, üst katmanın tüm avantajlarına sahiptir ve üst ve alt katmanların toprak düzlemi nispeten eksiksizdir, bu da daha iyi bir koruma katmanı olarak kullanılabilir. Güç katmanının, ana bileşen düzlemi olmayan katmana yakın olması önemlidir, çünkü alt düzlem daha eksiksiz olacaktır. Bu nedenle, EMI performansı ilk şemadan daha iyidir.
Özet: Altı katmanlı devre şemasında, iyi bir güç ve toprak bağlantısı elde etmek için güç katmanı ile toprak arasındaki mesafe en aza indirilmelidir. Ancak, 62 mil levha kalınlığı ve katmanlar arasındaki mesafe azaltılmış olsa da, ana güç kaynağı ile toprak katmanı arasındaki mesafeyi çok küçük tutmak hâlâ zordur. İlk ve ikinci şemalarla karşılaştırıldığında, ikinci şemanın maliyeti büyük ölçüde artmıştır. Bu nedenle, istifleme yaparken genellikle ilk seçeneği tercih ederiz. Tasarım sırasında 20H kurallarına ve ayna katmanı kurallarına uyun.
D.Sekiz katmanın laminasyonu
1. Zayıf elektromanyetik emilim kapasitesi ve yüksek güç empedansı nedeniyle bu, iyi bir laminasyon yöntemi değildir. Yapısı aşağıdaki gibidir:
1.Sinyal 1 bileşen yüzeyi, mikroşerit kablolama katmanı
2.Signal 2 dahili mikroşerit yönlendirme katmanı, iyi yönlendirme katmanı (X yönü)
3.Zemin
4.Sinyal 3 Şerit hat yönlendirme katmanı, iyi yönlendirme katmanı (Y yönü)
5.Signal 4 Kablo yönlendirme katmanı
6.Güç
7.Signal 5 dahili mikroşerit kablolama katmanı
8.Signal 6 Mikroşerit kablolama katmanı
2. Üçüncü istifleme modunun bir çeşididir. Referans katmanının eklenmesi sayesinde daha iyi EMI performansına sahiptir ve her sinyal katmanının karakteristik empedansı iyi kontrol edilebilir.
1.Sinyal 1 bileşen yüzeyi, mikroşerit kablolama katmanı, iyi kablolama katmanı
2.Zemin tabakası, iyi elektromanyetik dalga emme yeteneği
3.Signal 2 Kablo yönlendirme katmanı. İyi bir kablo yönlendirme katmanı.
4.Güç katmanı ve aşağıdaki katmanlar mükemmel elektromanyetik emilim oluşturur. 5.Toprak katmanı
6.Signal 3 Kablo yönlendirme katmanı. İyi bir kablo yönlendirme katmanı.
7.Güç oluşumu, büyük güç empedansı ile
8.Sinyal 4 Mikroşerit kablo katmanı. İyi kablo katmanı.
3, En iyi istifleme modu, çünkü çok katmanlı zemin referans düzleminin kullanımı çok iyi jeomanyetik emilim kapasitesine sahiptir.
1.Sinyal 1 bileşen yüzeyi, mikroşerit kablolama katmanı, iyi kablolama katmanı
2.Zemin tabakası, iyi elektromanyetik dalga emme yeteneği
3.Signal 2 Kablo yönlendirme katmanı. İyi bir kablo yönlendirme katmanı.
4.Güç katmanı ve aşağıdaki katmanlar mükemmel elektromanyetik emilim oluşturur. 5.Toprak katmanı
6.Signal 3 Kablo yönlendirme katmanı. İyi bir kablo yönlendirme katmanı.
7.Toprak tabakası, daha iyi elektromanyetik dalga emme yeteneği
8.Sinyal 4 Mikroşerit kablo katmanı. İyi kablo katmanı.
Kaç katman kullanılacağı ve katmanların nasıl kullanılacağı, karttaki sinyal ağı sayısına, cihaz yoğunluğuna, PIN yoğunluğuna, sinyal frekansına, kart boyutuna ve diğer birçok faktöre bağlıdır. Bu faktörleri göz önünde bulundurmamız gerekir. Sinyal ağı sayısı ne kadar fazlaysa, cihaz yoğunluğu, PIN yoğunluğu ne kadar yüksekse, sinyal tasarımının frekansı da mümkün olduğunca yüksek olmalıdır. İyi bir EMI performansı için, her sinyal katmanının kendi referans katmanına sahip olduğundan emin olmak en iyisidir.
Gönderi zamanı: 26 Haz 2023
