PCB Katman(Layer) Seçimi ve Stackup Tasarımı

"Cihaz ve Sistem Geliştirmede EMC Tasarımı" Eğitimimize Katılın...
100' e yakın şirkete verdiğimiz eğitimimiz hakkında ayrıntılı teknik bilgi için lütfen tıklayınız...
Eğitim faaliyetlerimize katılımlara ait görsellere bakmak için tıklayınız.

EĞİTİMİMİZE KATILIN... MESLEKİ BİLGİNİZİ DAHA DA ARTIRIN...

Diğer firmaların vermeye çalıştığı ve sadece MIL-STD askeri veya sivil standartlarının anlatıldığı eğitimlerden farklıyız...!
Standartların yanı sıra; Tasarım ve Pratik eğitim veriyoruz....!

Ülkemizde teorik ve pratik EMI / EMC eğitimini bir arada veren ilk ve tek eğitimde; sınırlı sayıda kontenjan için bir an önce yerinizi ayırınız.

Kayıt ve diğer bilgiler için tıklayınız...

Türkiye' deki Sivil ve Askeri cihaz devre tasarımı ve EMC konusundaki en kapsamlı ve Türkçe içerikli web sitesine hoş geldiniz.

Bu web sitesinde; BLOG ve MENÜ' lerde üyelik gerektiren makalelere tam erişim için Lütfen BLOG' a üye olunuz.

PCB TASARIMINDA KATMAN SEÇİMİ VE STACKUP TASARIMI:

Ünlü bir söz vardır: "Uzman, çok dar bir alanda yapılabilecek tüm hataları yapmış kişidir." Uzman sayılır mıyım bilmiyorum ama son 27 yılda PCB tasarımlarında pek çok hata yaptığım kesin. Yüzlerce proje yaptım. İçlerinde onlarca başarısız proje veya aşılan bütçeler veya aşılan zamanlardan sonra, dikkatlice takip ettiğim süreçlere baktığımda, başarı değil de başarısızlıklar sonrasında karmaşık tasarımlar yapabildiğinizi gözlemliyorsunuz.

Burada yine popüler bir konu olan ve tasarımcılardan sıklıkla aldığım soru veya sorunlardan birinin; katman(Layer) seçimi ve yığın(Stackup) tasarımıyla ilgili olduğunu söyleyebilirim.

Yeni tasarımcılar, genellikle tasarlayacakları her PCB için sadece 2 katmana ihtiyaç duyduklarını düşünürler ve birden fazla katmana ne zaman ihtiyaç duyduklarını anlamazlar. Diğer tarafta ise; basit PCB' ler için düzinelerce katmana ihtiyaç olduğunu düşünen tasarımcılarda var.

Uygun GND(Ground: Toprak) planlaması ve bir miktar büyüklük tahmini ile, cevabın genellikle arada bir yerde olduğunu göreceksiniz. Gerçekte, yeni bir PCB için doğru katman sayısı bir dizi faktöre bağlıdır.

Kullandığınız özel sinyal, PWR(Power:Güç) ve GND(Ground: Toprak) katmanlarının sayısı, PCB katmanı yığın(stackup) tasarımınızı oluşturur ve öncelikle sinyal ağlarının ve sinyal bant genişliklerinin sayısına bağlıdır. Daha fazla sinyal ağı ile daha fazla gerekli sinyal katmanı(layer) ve ayrıca izolasyon için referans katmanları gelir.

HDI ve karışık sinyal rejimlerine baktığınızda, PCB katman yığın tasarımı bir sanat formu haline gelir ve kesin katman sayısını tahmin etmek zor olabilir.

Bu makale , PCB çiziminin temelleri hakkında, 27 yıllık mühendislik hayatımda edindiğim bilgiler ışığında, size temel fikirler vermeyi amaçlamaktadır .

İndeks

1-) Amaç

2-) Giriş

3-) PCB Tasarımına Giriş?

4-) Tek katmanlı bir PCB için temel kurallar nelerdir?

5-) Neden tek katmanlı PCB yerine çok katmanlı PCB yapıyoruz?

6-) PCB ile ilgili katmanlar nelerdir?

7-) PCB' nin çoklu katmanları nelerdir?

8-) Katmanlar Ne İçin Kullanılır?

9-) PCB' deki çoklu katmanların amacı nedir? Ne için gereklidirler?

10-) Parça Boşluğunu ve Bileşen Aralığını Azaltmak için Çok Katmanlı PCB' ye Geçiş

11-) 2 katmanlı PCB veya 4 katmanlı PCB'yi ne zaman seçmeliyim?

12-) 2 Katmanlı PCB ve 4 Katmanlı PCB Arasındaki Fark Nedir?

13-) 2 katmanlı PCB vs. 4 katmanlı PCB' ler: Avantajlar ve Dezavantajlar

14-) 2 Katmandan 4 Katmana Geçmenin Avantajları

15-) Baskı devre kartında güç düzlemi, toprak düzlemi ve sinyal katmanı nedir?

16-) Toprak düzlemi (GND Layer / GND Plane) olmadan PCB yapabilir miyim?

17-) PCB' de iç ve dış katmanlar ne anlama geliyor?

18-) 4 katmanlı bir PCB'nin yapamayacağı 8 katmanlı bir PCB nedir?

19-) Neden GND/PWR düzlemlerine ihtiyacımız var?

20-) Çok katmanlı bir PCB' yi çizerken; güç, toprak veya sinyaller için çeşitli katmanları seçmenin avantajları ve dezavantajları nelerdir?

21-) PCB Yığın (Stackup) Tasarımına Bakış Açımız

22-) Katman Sayısını Matematiksel Olarak Belirleme

23-) PCB Yığınlama/Yığın (Stackup) Prensibi

24-) GND Katmanlarını (Planes) Oluşturarak Başlayın

25-) STACKUP YAPILARI:

Dört Katmanlı Yığın (Stackup) Yapısı
Altı Katmanlı Yığın (Stackup) Yapısı
Sekiz Katmanlı Yığın (Stackup) Yapısı
On Katmanlı Yığın (Stackup) Yapısı
On İki Katmanlı Yığın (Stackup) Yapısı
On Dört Katmanlı Yığın (Stackup) Yapısı
On Altı Katmanlı Yığın (Stackup) Yapısı

26-) Tipik Katman Ebatları ve Substrat Kullanımı

27-) Ulaşılacak Hedefler ve Yüksek Frekansın PCB Üzerindeki Önemi

28-) Yüksek Frekanslı PCB ' ler İçin Çok katmanlı PCB Tasarım Notlarım

29-) Güç Hatlarının Stackup' a Etkileri

30-) Sinyal Dönüş Yollarındaki Süreksizlikler ve Stackup

31-) 8-16 MHz saat hızında çalışan 4 katmanlı bir PCB' de, üst ve alt sinyal katmanlarında bakır polygon' u olmalı mı?

32-) Bir PCB' nin kaç katmanı olabilir?

33-) Sonuç

1-) Amaç

Bu makalede PCB tasarımında katmanlara nasıl karar verilir? Katmanlar neden kullanılır? Katman kullanmaya neden ihtiyacımız var? GND ve PWR düzlemlerine neden ihtiyacımız var? Stack-up yapısına nasıl karar vermeliyim? vb. gibi PCB tasarımının en temel konuları hakkında ayrıntılı bilgiler vermeye çalışacağım.

Açıkçası, yüksek frekanslı, yayılan EMI'yi kontrol etmek için tasarımcıların ve mühendislerin ustalaşması gereken bir dizi devre ve PCB tasarım tekniği vardır.

Devre kartı yığınının EMI'yi kontrol etme çabasında önemli bir rol oynayabileceği oldukça iyi anlaşılmıştır. İyi bir PCB yığını (stackup), elektrik ve manyetik alanların tutulmasına yardımcı olur ve güç hattını baypas etme/dekuplaj çabasında çok güçlü bir yardımcıdır. Bu makale, bu hedeflere ulaşmak için tasarlanmış birkaç durumu detaylandıracaktır.

2-) Giriş

PCB katmanları, iletken malzeme katmanları arasına veya üzerine lamine edilmiş, baskılı devre kartı üzerindeki bakır katmanları ifade eder. Katmanlar, elektronik cihazlar için daha fazla işlevsellik sağlamak üzere yığılmıştır.

PCB katmanları, tüketici, otomotiv, telekomünikasyon, havacılık, askeri ve tıbbi gibi farklı endüstrilerde çok çeşitli elektronik cihaz ve makine üretiminde kullanılan devre kartlarını yapmak için bir araya lamine edilmiş bir veya daha fazla dielektrik ve iletken malzeme katmanı olabilir.

Baskılı devre kartı tipik olarak bakır, alt tabaka ve reçineden oluşur ve elektronik cihazlardaki elektrikli bileşenleri bağlamak ve desteklemek için kullanılır. Belirli bir kartın katman sayısı ve boyutları, PCB'nin gücünü ve kapasitesini belirler. Katmanlar eklendikçe, PCB üretimi ve elektronik üretimi için büyük faydalar sunan artan işlevsellik vardır.

Bu yazıda PCB katmanlama kavramı, katman türleri ve faydaları tartışılmaktadır.

3-) PCB Tasarımına Giriş?

PCB tasarımını baştan sona doğru özetleyecek olursak çok özet olarak aşağıdaki adımlardan oluştuğunu söyleyebiliriz;

Devre tasarımının elektriksel bağlantılarını ve parametrelerini çok iyi anlayın.
Baskılı devre kartının şemasını geliştirin.
PCB düzenini oluşturmak için Altium, ORCAD vb. gibi bir araç kullanın.
PCB yığınını (Stackup) tasarlayın
Tasarımın IPC' nin kabul edilebilirlik kriterlerine uyduğundan emin olun.
Bileşen yerleşimine geçin; her bileşenin nereye yerleştirileceğini belirlemelisiniz.
Delme deliklerinin yerleştirileceğini belirlemelisiniz.
PCB izlerini yönlendirin(Routing).
PCB üreticilerinin belirli bileşenlerin nereye takılacağını bilmeleri için etiketler ekleyin.
PCB düzeni(Layout) tasarım dosyalarını oluşturun; bunlar PCB üreticilerine göndereceğiniz dosyalardır.

Bazı parametreler PCB tasarım ve üretim yeteneğinizi sınırlar;

Elektronik sistemin yapısı
PCB üretim yeteneği
Elektriksel sinyaller
PCB izleri
İç katmanlar
Yalıtım katmanları
Alternatif katmanlar
Düzlem katmanları

Doğru yığın tasarımı önemlidir çünkü başarılı bir baskılı devre kartı (PCB) tasarımının temelini oluşturur.

Günümüzde daha yeni IC' ler, nanosaniye altı aralığında yüksek hızlara sahiptir; bunların en hızlısı, 100ps' den daha düşük kenar hızlarına sahip çoklu Gigabit alıcı-vericilerdir. Bu kadar hızlı kenar oranlarıyla, sinyal bütünlüğü gereksinimlerini karşılamak için iz empedansını sıkı bir şekilde kontrol etmek ve elektromanyetik uyumluluk gereksinimlerimizi karşılamak için tutarlı referans düzlemlerine(planes) sahip olmak önemlidir.

PCB kart veriminden ödün vermemek ve üretim sürecine gereksiz maliyet eklememek için yığınlama (stackup) seçeneklerini araştırmamız da önemlidir. Bir yığın (stackup) geliştirirken, PCB düzeninin(layout) farklı versiyonlarını çalışmak önemlidir. Üretim olasılığını dikkate almak ve bu yapı katmanlarının(layers) imalatının karmaşıklığından ve PCB devre kartlarının imalatında ek maliyetlerden kaçınılması gerekir.

Baskılı devre kartı için iyi bir yığın tasarlarken göz önünde bulundurulması gereken dört önemli nokta vardır. Bunlar:

Sinyal bütünlüğü (Signal Integrity)
Karışma (Crosstalk)
Elektromanyetik girişim (Electromagnetic Interference)
Üretim Maliyetleri

Sinyal bütünlüğü

Sinyal Bütünlüğü, sinyal kalitesinin bir ölçüsüdür. Dijital bir sistemde ideal sinyal bütünlüğüne sahip bir sinyal yamuğa benzer. Gerçekte, kartta her zaman sinyalde bir miktar bozulma vardır. Kartın sinyali ne kadar bozduğu ve bunun ürünün işlevselliğini ve güvenilirliğini nasıl etkilediği sorusu her zaman vardır. Dalga biçiminin bozulması o kadar şiddetli olabilir ki, zaman aralıklarını etkileyecek ve bir bütün olarak ürünün çalışmaz durumuna yol açacaktır.

Bir PCB üzerindeki yüksek hızlı sinyallerin sinyal bütünlüğünü etkileyen iki temel faktör, empedans süreksizlikleri ve kayıplarıdır (dirençli ve dielektrik). Farklı sinyal teknolojileri, farklı iz empedansları gerektirir. Örnek olarak, DDR ve DDRII için önerilen iz empedansları sırasıyla 60 ohm ve 50 ohm'dur. Bir PCB üzerindeki izin anlık empedansı, öncelikle iz genişliği ve dielektrik kalınlığı ile belirlenir. Tasarımlarımızda istenen iz empedanslarını elde etmek için gerekli iz ve yığın parametrelerini belirlememiz gerekiyor. Bu veriler genellikle stoklarında bulunan malzeme türüne ve üretim süreçlerine bağlı olarak pano imalathanesi tarafından sağlanabilir.

Karışma (Crosstalk)

Enerjinin (karşılıklı endüktans ve kapasitans) bir PCB izinden diğerine bağlanması karışmadır. İyi bir yığın tasarımı, bir PCB'de görülen karışma miktarını önemli ölçüde azaltabilir. Dijital tasarımlarda endüktif karışma genellikle kapasitif karışma baskındır.

Endüktif kuplaj, karışmaya yol açan diğer izlerde manyetik alanlar oluşturan dönüş akımlarından kaynaklanır.

Bir PCB'de karışmayı azaltmanın üç ana yöntemi vardır. Bunların en kolayı, ancak en maliyetlisi, bitişik izler arasında yeterli boşluk bırakmaktır, böylece karışma hiçbir zaman sorun olmaz. Kullanılan yaygın bir değer, dielektrik yüksekliğin 3 katıdır. Örneğin, 5 mil dielektrik yüksekliğiniz varsa, katmandaki izler arasında en az 15 mil olması gerekir. Bu, günümüzün yüksek yoğunluklu levhalarının çoğu için pratik olmayan bir yaklaşımdır. Bu gereksinimi karşılamak için ekstra katmanlar veya daha büyük bir tahta tasarımı gerekir.

Mikroşeritler (microstrips) yerine şerit hatlar (striplines) üzerinde yönlendirme (routing) ve dielektrik yüksekliği azaltma, karışmayı kontrol etmeye yönelik diğer iki yaklaşım daha uygulanabilir ve tasarımın maliyeti üzerinde daha az etkiye sahiptir.

Elektromanyetik Girişim (EMI: Electromagnetic Interference)

Elektromanyetik Girişim, bir elektronik cihazdan diğerine, ikincisinin düzgün çalışmasını bozabilecek enerji yayılımıdır.

FCC, CISPR veya VCCI gibi EMI standartlarına uygunluk, belirli bir PCB' nin sinyal bütünlüğü ve karışma performansından etkilenir. Sinyal bütünlüğünü ve karışmayı kontrol etmek, bir PCB üzerindeki EMI' yi azaltır.

Bir PCB tasarlarken, genellikle sinyal yolunu tasarlamak için çok çaba sarf edilir. Genellikle sinyalin dönüş yolunu dikkate almayız.

Akım kapalı bir döngüde aktığından, her sinyalin kendisiyle ilişkili bir döngü alanı vardır. Bir PCB üzerinde birkaç EMI kaynağı vardır. Önemli bir tanesi, çevresinde yüksek hızlı bir sinyalin yayıldığı döngü alanıdır.

Sonuç olarak, bir yığın tasarlarken, EMI'yi azaltmak için bir parametre, mevcut döngü alanını azaltmaktır. Bu, referans düzlemi boşluklarından gelen döngü alanının yanı sıra bir sinyal ile referans düzlemi arasında oluşturulan döngü alanı olabilir.

Üretim Maliyetleri

Bir PCB üretmenin maliyeti, ürünün başarısına katkıda bulunabilir.

Herhangi bir üretim maliyeti her zaman tüketiciye yansıtılır, bu nedenle bir ürünün rekabetçi kalabilmesi için mümkün olan en düşük fiyat noktasına sahip olmasını sağlamak önemlidir.

Tasarımcıların, tasarım ihtiyaçlarını en düşük maliyetle karşılamak için ne tür malzemelerin mevcut olduğunu belirlemek için PCB malzeme satıcıları ve üretim tesisleri ile el ele çalışması önemlidir. Mümkün olduğunda, özel sipariş kalemlerinden kaçınmak ve tasarım maliyetini en aza indirmek için şirket içinde mevcut olan malzemeleri seçmek her zaman en iyisidir.

Bu, çalışacağınız PCB için mevcut olan laminat kalınlıklarına dayalı tasarım için dielektrik yüksekliklerin seçilmesini içerir. Yaygın olarak kullanılan ürünler listesinin dışındaki herhangi bir malzeme, PCB maliyetinin artmasına neden olacaktır.

Sonuç olarak; PCB katmanlarının artırılması, azaltılması ve stackup görüldüğü gibi kart düzeyinde çok bir büyük bir öneme sahiptir.

Başarılı bir PCB tasarımı, büyük ölçüde yığın tasarımına bağlıdır. İyi bir yığınlama, tasarımcıların tasarımlarını sinyal bütünlüğü, karışma ve EMI için optimize etmelerini sağlayabilir.

Sinyal bütünlüğü için tasarımcıların topolojilerindeki süreksizlikleri en aza indirmeleri önemlidir.

Sinyali referans düzlemlerine sıkıca bağlarlarsa (mümkünse) PCB' lerindeki karışmayı azaltabilirler. Ayrıca referans düzlemlerine kuplajını artırarak EMI'yi ve (mümkün olduğunda) koruma sinyalini kısmen veya tamamen şerit çizgileri olarak yönlendirerek azaltabilirler.

Elektromanyetik etkinin (radyasyonun) azaltılması, dielektriklerin kalınlığının azaltılmasının yanı sıra iletkenin iç katmanlara kısmi veya tam aktarımı ile ekranlanmasıyla da sağlanır. Bir yığın için dikkatli malzeme seçimi, bir baskılı devre kartı üretim maliyetini de azaltır.

ŞİMDİ BİRAZ AYRINTILARA GİRELİM...

4-) Tek katmanlı bir PCB için temel kurallar nelerdir?

SMD parçaları kullanıyorsanız, bunun pratik olacağından emin değilim. Yapacağım şey , hedef PCB geometrisinin daha uzun boyutuna paralel olarak lehim tarafına izler yerleştirmektir. Bu şekilde kart boyunca en fazla bakırı elde edersiniz. Bunun, kartın bileşen tarafına izler yerine lehimleme tellerini lehimlemek için lehim pedlerini kartın üzerine koyma zorunluluğunu tamamen ortadan kaldırmak için çalışacak birkaç kart vardır . Buradaki fikir, parça konumlandırmanın bir kombinasyonunu kullanarak ve parçanın PCB üzerindeki yönünü (paralel veya 90 derece) seçerek jumper sayısını en aza indirmektir.

Tecrübeden:

Tek bir bakır taraflı PCB üretmek, standart bir 2 bakır taraflı PCB satın almak kadar maliyetli olabilir. Bunu satıcınızla doğrulamanız gerekir, ancak birkaç yıl önce söylenen buydu. Binlerce kart alıyorsanız, kaplamayı, bileşen tarafı lehim maskesini ve bileşen tarafı bakırını atlamak için size daha düşük bir fiyat/kart verebilecek bir PCB satıcısı olabilir.

5-) Neden tek katmanlı PCB yerine çok katmanlı PCB yapıyoruz?

Bir devre kartının tüm izlerini tek bir katmana yerleştirmek (çok basit tasarımlar hariç) genellikle geometrik olarak imkansızdır.

Her iki tarafında izleri olan iki taraflı bir PCB, izlerin bir taraftan diğer tarafa geçmesine izin vererek bu sorunu çözebilir. Tek bir katmanda oluşacak çakışmalar önlenmiş olur. Bununla birlikte, çift taraflı bir kart bile çift katmanlı bir PCB olarak kabul edilir.

Daha fazla katman, yalnızca karmaşık tasarımlarda daha fazla iz yoluna izin vermek için değil, aynı zamanda büyük bir PCB' ye giden güç kaynağındaki gürültüyü, katmanlar arasında sinyal karışmasını azaltmaya yardımcı olan ve belirli bir ölçü getiren güç dağıtımına ve topraklamaya yardımcı olmak için yaygın olarak kullanılır. Güç ve toprak düzlemlerinde öz kapasitans ile bu durum sağlanır.

6-) PCB ile ilgili katmanlar nelerdir?

PCB' lerde fiziksel katmanlar vardır ve ardından tasarım katmanları vardır. Fiziksel katmanlar, bakır iletkenlerdeki gerçek PCB devre izlerini tutar. Fiziksel katmanlar, substrat veya prepreg adı verilen ince yalıtım katmanlarıyla ayrılır.

Tasarım katmanları, özellikle üst ve alt serigrafiler, üst ve alt lehim maskesi, üst ve alt lehim pastası ekranları olmak üzere kartın yapısı için ek bilgiler içerir.

Her durumda; katmanlar, fiziksel PCB' yi yapmak için uygulanan fotoğraf çizimleri haline gelir.

7-) PCB' nin çoklu katmanları nelerdir?

PCB kartı iki kattan fazla bakır katman içeriyorsa, çok katmanlı PCB' nin altına gelir. Çok katmanlı PCB' nin yığılması(stackup), tasarımdaki geçişe bağlıdır. Katman sayısı, paket tipine ve yönlendirme yöntemine bağlıdır.

Katmanlar prepreg ve çekirdek(core) arasına sıkıştırılır. Çekirdek(core) ve prepreg malzemelerinin her tasarım için değiştiğini unutmayın. Alttaki Şekil' deki yığın (stackup) yapısını inceleyiniz.

Farklı yığın (stackup) yapıları hakkında makalenin sonunda daha ayrıntılı bilgiler verilecektir.

8-) Katmanlar Ne İçin Kullanılır?

Bir PCB' deki en önemli katman, PCB 'lerin adını aldığı bakır sinyal katmanıdır. 2 katmanlı PCB' lerde iki sinyal katmanı bulunurken, 4 katmanlı PCB'lerde bu sayı dörttür. Bu sinyal katmanları, cihazdaki diğer elektronik bileşenlere bağlanmak için kullanılır. Bu katmanlar arasında, sinyal katmanları arasına yapı kazandırmak için eklenen yalıtım katmanı veya çekirdek(core) bulunur.

4 katmanlı PCB'l erde sinyal katmanlarının üzerine uygulanan lehim maskesi katmanı da buradadır. Bu, bakır izlerinin PCB üzerindeki diğer metal bileşenlerle karışmasını önler. Ayrıca, farklı bileşenlere sayılar eklemek için kullanılan ve anlaşılmasını kolaylaştıran bir serigrafi katmanına sahiptirler.

9-) PCB' deki çoklu katmanların amacı nedir? Ne için gereklidirler?

Bir PCB'de birden çok katman kullanmanın birkaç önemli nedeni vardır;

Azaltılmış karmaşıklık
Çoklu katmanlar, yolu tamamlamak için bir katmandan diğerine atlayarak PCB izlerinin yönlendirilmesini kolaylaştırır. Bu nedenle birçok karmaşık devre kolayca yönlendirilebilir.
Minyatürleştirme
PCB boyutunu küçültmek, PCB kartından ambalaj malzemelerine kadar birçok kaynak tasarrufu sağlar. Ayrıca kompakt elektronik cihazlara olan talep, minyatür devrelere olan ihtiyacı artırmaktadır.
Güç ve toprak izolasyonu
4 veya daha fazla katmanlı PCB' lerde besleme ve topraklama 1'er katman ile sağlanır. Bu, besleme ve topraklama pinleri arasında izolasyon sağlar ve dolayısıyla kısa devreyi önler.

10-) Parça Boşluğunu ve Bileşen Aralığını Azaltmak için Çok Katmanlı PCB' ye Geçiş

Bir Baskılı Devre Kartındaki ana alan, yönlendirme(routing) tarafından kaplanır. Prototip aşamaları, devre test edildiğinde, bir katman veya maksimum çift katmanlı PCB kartı kullanır. Ancak çoğu zaman devre, tasarımcıyı çift katmanlı devre kartı kullanmaya zorlayan SMD (Surface Mount Devices) kullanılarak yapılır .

Kartın çift katmanlı olarak tasarlanması, tüm bileşenlere yüzey erişimini açar ve izleri yönlendirmek için PCB boşlukları sağlar. Levha katmanı, örneğin dört veya altı katman olmak üzere iki katmandan daha fazla artırılırsa, levha yüzey alanı tekrar artabilir. Ancak bir dezavantaj var. Kart iki, dört veya daha fazla katman kullanılarak tasarlanmışsa, bir devrenin test edilmesi, onarılması ve yeniden işlenmesi açısından büyük bir karmaşıklık yaratır. Bu nedenle, çoklu katmanlar (çoğunlukla dört katman) ancak kartın prototip aşamasında iyi bir şekilde test edilmesi durumunda mümkündür. Kart boyutu dışında, tasarım süresi de aynı devreyi daha büyük tek veya çift katmanlı bir kartta tasarlamaktan çok daha kısadır.

Genel olarak, Güç izleri ve Toprak dönüş yolu dolgu katmanları, yüksek akım yolları olarak tanımlanır, bu nedenle kalın izler gerektirirler. Bu yüksek izler, ÜST veya Alt katmanlarda yönlendirilebilir ve düşük akım yolları veya sinyal katmanları, dört katmanlı PCB' lerde dahili katmanlar olarak kullanılabilir.

Çok katmanlı PCB' nin maliyeti, tek katmanlı kartlardan daha yüksektir. Bu nedenle, tek veya çift katmanlı bir kartı dört katmanlı PCB' ye değiştirmeden önce maliyet amacını hesaplamak önemlidir. Ancak katman sayısını artırmak, PCB boyutunu önemli ölçüde değiştirebilir.

11-) 2 katmanlı PCB veya 4 katmanlı PCB' yi ne zaman seçmeliyim?

PCB, tüm ürünün bir bileşenidir. Ürünün kendisi değil. Elektriksel ara bağlantıları sağlayan ek işlevselliğe sahip mekanik parçadır. Bağlantılarınızı ne kadar iyi yapmak istersiniz? Yandaki sorular size yön verecektir. Güvenilir, Güvenli, Zarif, Ucuz mu?

PCB' lere gelince, elektronik projenizde kullanabileceğiniz 1 katmanlı PCB, 2 katmanlı PCB, 4 katmanlı PCB ve 6 katmanlı PCB gibi bazı PCB türleri vardır. Ancak PCB üretiminde en yaygın kullanılanlar 1 katmanlı PCB, 2 katmanlı PCB ve 4 katmanlı PCB' dir. Bu nedenle baskılı devre kartını tasarlamadan önce 1 katmanlı PCB mi, 2 katmanlı PCB mi yoksa çok katmanlı PCB mi kullanacağınızı bilmeniz gerekir.

Ayrıca, elektronik PCB endüstrisinde bir kartın yapısının karmaşıklığını belirlediğinden, kullandığınız projeye bağlı olarak hangi PCB türlerinin sizin için daha iyi olduğunu da bilmeniz gerekir.

Genel olarak, çok katmanlı PCB daha karmaşık cihazlarda kullanılır, ancak basit olanlar için 1 veya 2 katmanlı PCB kullanılır. Yüksek sinyal yoğunluğu sağlayabildiği için elektronik mühendislerinin çok katmanlı PCB' yi seçmesinin daha popüler olduğunu söylemeye gerek yok.

2 katmanlı PCB , en azından teoride herhangi bir devreyi yönlendirmek için yeterlidir. Dikey yollar için bir katman, yatay yollar için diğer katman, bunları via' larla bağlayın. Ne yazık ki bu, yalnızca PCB üzerinde yüksek hızlı sinyallerin yönlendirilmesine gerek olmadığında bir seçenektir. Yani; RF devresi yok, anahtarlamalı güç kaynağı yok, uzun dijital veri yolu yok vs. Sorun şu ki, sinyal akımları için dönüş yolu çok uzun, döngü empedansı çok yüksek. Sonuç olarak sinyal bütünlüğü garanti edilemez. PCB izleri antenler, indüktörler ve diğer çeşitli parçalar gibi davranmaya başlayarak normal çalışmayı bozar. Çoğu modern, yüksek performanslı yarı iletkenin veri sayfası açıkça en az 4 katmanlı PCB gerektirir. Devre çalışıyor gibi görünse bile, yayılan EMI, CE/FCC' yi geçemeyecek kadar yüksek olabilir veya devre dış parazitlere karşı hassas olabilir. En basit devreler dışında cihazın çok fazla radyasyon yaymaması ve parazitlere karşı dayanıklı olması için en az 4 katmana ihtiyaç vardır.

Şekil: Yukarıda gösterildiği gibi, yüksek frekanslı dönüş akımı, sinyal yoluna yakın bir rotayı tercih eder.

Şekil: Yukarıda gösterildiği gibi, sinyal dönüş akımı, sinyal yoluna yakın bir rotayı tercih eder.

Şekil: Yukarıda gösterildiği gibi, farklı sinyal dönüş akımlarından etkilenmemek için, sinyaller için dik olan bir rotayı tercih etmelisiniz.

Şekil: 2 katmanlı bir PCB' de düzlemlerin kullanımı

Üst (Katman 1) Sinyal, aksi belirtilmedikçe toprak düzlemi ile.
Alt (Katman 2) toprak düzlemi ve güç adaları. Alt katmana sınırlı sayıda yavaş hız sinyali yönlendirilebilir.
Sinyal izleri, en az bir kenar boyunca toprak veya toprak izi ile çevrelenmelidir. Toprak izi kullanılıyorsa, bu katmanda toprak düzlemine bağlanmalı ve üst katmanda toprak düzlemine ayrıştırılmalıdır.
Yukarıdaki Şekil' de gösterildiği gibi, toprak düzlemlerini pratik olarak ayırın. Bu, sinyal izleri farklı güç adası düzlemlerine yeniden referans verildiğinde kısa (doğrudan) dönüş akımı yollarına izin verecektir.

4 katmanlı PCB ler her zaman; yönlendirme durumunu fazla iyileştirmeyecek ve önemli yoğunluk artışına izin vermeyecektir. İki iç katman, sinyaller için kısa dönüş yolu ve tüm alt sistemlere temiz ve düşük dirençli güç kaynağı sağlamak için güç sağlayan topraklama için kullanılır.

Katman yığınını tersine çevirmek de mümkündür. Bu, yayılan EMI' yi iyileştirebilir, ancak aynı zamanda sinyali yavaşlatabilir.

Popüler bir uzlaşma, bir toprak düzlemi kullanmak, ancak güç düzlemi kullanmamaktır. Standart 4 katmanlı yığın kadar iyi değil, ancak 2 katmandan çok daha iyidir. Bu konu daha sonra irdelenecektir.

4 katmanlı PCB' ler genelde; anahtarlamalı güç kaynağı, çoğu RF devresi ve oldukça karmaşık dijital mantık devreleri için bir çözüm sağlar. Bazı güç cihazları, termal yollar aracılığıyla ısıyı yer düzlemine reddeden PCB soğutmasına güvenir. Ayrıca en az 4 katman gerektirirler.

En boy oranı sınırlamaları nedeniyle, kör ve gömülü via lar genellikle kullanılmayabilir.

4 katmanlı bir PCB' nin fiyatı, 2 katmanlı bir PCB' den kabaca 3x-4x daha yüksektir. Ancak çoğu zaman 2 katman uygun bir seçenek değildir. Bugünlerde 4 katman o kadar pahalı değil. Örneğin; Çin'den yaklaşık 8 $ karşılığında 50' lik miktarlarda 9 "x 13" 4 katmanlı PCB satın alınabilir.

4 katmanı tasarlamak sadece biraz daha karmaşıktır ve güç ve toprak izlerini yönlendirmeniz gerekmediğinden birçok açıdan daha kolaydır.

6 veya daha fazla katman , PCB teknolojisinin tam performansını ortaya çıkarır. Her şey mümkün ama bir bedeli var. Daha fazla katman yalnızca yönlendirme ve yoğunluğu artırmak için gereklidir. Paket kısıtlamaları nedeniyle doğru çalışması için en az 6 katman gerektiren ve 4 katmanda düşük performans / artan EMI ile çalışabilen bazı cihazlar vardır. Daima veri sayfasını / uygulama notlarını okuyun.

Ve 2 katmanlı PCB, her iki taraftaki ara bağlantıları barındırabildiğinden, tüm PCB türleri arasında en yaygın olanıdır. Bu nedenle, 2 katmanlı PCB ve 4 katmanlı PCB ve daha fazlası arasındaki farkın ne olduğunu ve projeniz için doğru türün nasıl seçileceğini açıklayacağım.

2 katmanlı PCB veya 4 katmanlı PCB'yi ne zaman seçeceğinize karar vermek için projenizin taleplerini ve hangi türün bunları en iyi şekilde karşıladığını dikkate almanız gerekir.

Bilmeniz gereken bazı sorular var:

1. PCB'nin maksimum boyutu ne olabilir? 4 katmanlı PCB için daha küçük bir alana daha fazla işlevsellik vardır.

2. Hangi düzeyde işlevselliğe ihtiyacınız var? Projeniz için daha karmaşıksa, 4 katmanlı PCB'ye ihtiyacınız olacaktır.

3. Dayanıklılık nasıl? İyi bir dayanıklılığa ihtiyacınız varsa, 4 kat PCB'yi seçin.

4. Bütçe nedir? Uygun bir bütçeyi göz önünde bulundurursanız, 2 kat PCB seçmek daha iyidir.

5. PCB' ye ne kadar çabuk ihtiyacınız var? 2 katmanlı PCB, 4 katmanlı PCB'ye kıyasla daha hızlı teslim süresine sahiptir.

6. Sinyal kartının, paraziti korumak için bir toprak katmanı eklemesi gerekir.

7. Yapısal problemler nedeniyle, çift taraflı kart yönlendirilemiyorsa ve dahili kablolamanın eklenmesi gerekiyorsa, 4 katmanlı bir PCB seçmeniz gerekecektir.

8. Maliyet. Dört katmanlı bir tahta tipik olarak aynı boyutlara sahip iki katmanlı bir tahtadan en az iki kat daha pahalıdır ve elbette karmaşık tasarımlar için bundan çok daha fazla katman elde edebilirsiniz. Ama genellikle mecbur değilseniz parayı harcamak istemezsiniz.

9. Yönlendirme karmaşıklığı. Çok yoğun bir bağlantı ızgarasına sahip olan BGA'lar gibi bileşenleri kullanmaya başladığınızda, tüm sinyalleri gitmeleri gereken yere ulaşmak için şebekeden “kaçmak” için yönlendirebilmek imkansız değilse de giderek zorlaşıyor, iki katmanlı bir tahta ile yapmak. Ped içinde veya çok yakınlarda bulunan yollar, bileşenin merkezine daha yakın olan sinyallerin bir çıkış yolu olması için bir zorunluluk haline gelir. Yoğun BGA'lar uç bir örnektir, ancak birçok yüzeye monte bileşen, benzer sorunlara neden olacak kadar yoğunluğa sahiptir.

10. Bazı izler, yönlendirmelerinin en kısa uzunluk veya belirli empedans özellikleri için optimize edilmesini sağlamak için ayrı bir sinyal katmanı sağlamayı gerektirebilecek kritik sinyal bütünlüğü gereksinimlerine de sahip olabilir. Bu, PCIe, HDMI ve diğer benzer veri yolları için kullanılanlar gibi yüksek hızlı diferansiyel iletim hatları için yaygındır.

11. Güç ve toprak dağıtımı. Karmaşık tasarımlarda, gücün ve topraklamanın yönlendirilmesi, alanı sinyal bağlantıları için kullanılmaktan uzaklaştırır ve genellikle bir güç veya toprak izinin üzerinden atlamak için istenmeyen geçişler için bir gereksinim oluşturur. Tüm katmanları (veya en azından büyük bölümleri) toprağa veya güce ayırabildiğinizde, bileşende gücün gerekli olduğu yere yakın bir geçiş eklemeniz yeterlidir. Bu aynı zamanda avantajlıdır, çünkü toprak ve güç katmanlarındaki büyük miktarda bakır, ek kapasitans oluşturup ayrıştırmaya yardımcı olur. Ayrı katmanlarda iyi tasarlanmış güç ve toprak düzlemleri, toprağa dönüş yolu, bileşeni besleyen güçle aynı yolu izlemediğinde ortaya çıkan ve herhangi bir yerde bileşenlerde gürültüye neden olabilen endüktif döngülerin oluşmasını önlemeye yardımcı olur.

Tek kelimeyle, gereksinimlerle ilgili daha teknik sorularla; örneğin çalışma frekansı, yoğunluk ve ihtiyacınız olan sinyal katmanlarıyla ilgilenmeniz gerekecek. 2 katmanlı veya 4 katmanlı bir PCB' ye ihtiyacınız varsa bu soruların size yardımcı olmasını umuyorum.

12-) 2 Katmanlı PCB ve 4 Katmanlı PCB Arasındaki Fark Nedir?

2 katmanlı PCB ile 4 katmanlı PCB arasındaki bariz farkın adlarına göre ne olduğunu tahmin edebilirsiniz. 2 katmanlı PCB, üst ve alt katman olmak üzere iki taraflı izlere sahiptir, 4 katmanlı PCB ise 4 katmana sahiptir.

İki tür PCB kartını daha iyi anlarsanız; bunların nasıl yapıldığı ve nasıl çalışılacağı konusunda birçok farklılık olduğunu göreceksiniz.

2 katmanlı PCB:

2 katmanlı PCB, 1 katmanlı PCB' den daha fazla katmana sahiptir ancak çok katmanlı PCB' den daha az katmana sahiptir.

2 katmanlı PCB, iletken bakır ve bileşenleri baskılı devre kartının her iki tarafına da monte edebilir, böylece izler birbirini geçebilir. Bu nedenle, noktadan noktaya lehimleme ihtiyacı olmadan daha yüksek bir levha yoğunluğuna yol açar. Bu nedenle 2 katmanlı PCB' yi üretmek zordur. Çünkü bunlar 1 katmanlı PCB' den daha karmaşıktır. Ancak, 1 katmanlı PCB' ye kıyasla 2 katmanlı PCB kullanmak daha iyidir.

4 katmanlı PCB:

4 katmanlı PCB, birbirine lamine edilmiş dört bakır katmandan oluştuğu için yüksek düzeyde PCB karmaşıklığını destekleyebilir. Dahası, PCB üreticileri tipik bir 2 katmanlı PCB ile aynı malzemeye sahip bir çekirdek kullanmaya başlar.

Ve iç çekirdeği aşındırdıktan sonra, tabakaları bir arada tutan ve PCB sıcak presten geçtikten sonra sert fiberglas olan yumuşak bir fiberglas olan bir prepreg tabakası eklerler. Böylece 4 katmanlı PCB' ler kürleme işleminden sonra dayanıklı ve sağlamdır.

Üretici 4 katmanlı bir PCB üretiyorsa, üst ve alt katmanlar için bir çekirdek, prepreg ve bakır folyo kullanacağını söylemeye gerek yok.

13-) 2 katmanlı PCB vs. 4 katmanlı PCB' ler: Avantajlar ve Dezavantajlar

2 katman avantajları:

Üretimi hızlı ve 'kirli ucuz' kılan 1 çekirdek tasarımıyla 2 katman basittir.
Aşırı koşullarda 2 katmanlı PCB delaminasyon yapmamalıdır
2 katman presten geçmez ve bu nedenle kalınlık mükemmel şekilde tahmin edilebilir.
Genellikle termal denge, eğrilme vb. ile ilgili küçük problemler.
Düşük Maliyet – çift taraflı PCB'ler, 4 katmanlı tasarımlardan daha ucuzdur. Bu fark, sipariş etmeyi düşündüğünüz birim sayısına bağlı olarak önemli olabilir.
Daha Basit Tasarım ve Üretim – daha basit tasarım ve üretim, yalnızca baskılı devre kartlarınızı daha hızlı almanız anlamına gelmez. Tasarımınız ne kadar basit olursa, tasarım veya üretim sürecinde maliyetli hatalara karşı o kadar az savunmasız olur. Bazı uygulamalarda, PCB' nizi daha sonraki bir tarihte tamir edebilme özelliği de önemlidir; daha karmaşık 4 katmanlı PCB' lerle karşılaştırıldığında, çift taraflı baskılı devre kartlarını onarmak doğası gereği daha kolaydır.
Yüksek Hacim – Projeler seri üretim gerektirdiğinde, gereksiz katmanların ortadan kaldırılması hayati önem taşır. Projeniz yüksek hacimli bir sipariş olacaksa, üretim hızını, maliyeti ve verimliliği optimize etmek için genellikle 2 katmanlı PCB' ler tercih edilir.
Kısa Teslim Süresi – Büyük ve küçük projeler için, hızlı bir şekilde bir prototip yapmak için genellikle daha kısa bir teslim süresi gerekir. 2 katmanlı PCB' ler, üretimleri son derece hızlı olduğu için diğer çok katmanlı baskılı devre kartlarına göre bir avantaja sahiptir.

2 katman dezavantajları:

Basit Tasarım - Çoğu zaman çift taraflı bir devre kartı seçmek, bazı zil ve ıslıklardan fedakarlık etmek anlamına gelir. 4 katmanlı PCB daha fazla bileşen ve yönlendirme seçeneği için daha fazla alana sahipken, 2 katmanlı PCB tipik olarak basit bir tasarıma sahiptir.

Daha Yavaş Hız ve Daha Düşük Çalışma Kapasitesi – Hız bir sorunsa, ne kadar çok katman olursa o kadar iyidir. Uygulamaya bağlı olarak, projeniz için gerekli hız ve kapasiteyi sağlamak için 2 katmanın yeterli olmadığını görebilirsiniz. 2 katmandan 4 katmana geçiş, önemli ölçüde daha fazla hız ve çalışma kapasitesi içerir.
Daha Büyük Boyut ve Daha Yüksek Ağırlık - Daha fazla katmana sahip 4 katmanlı baskılı devre kartlarına rağmen, çift taraflı PCB' ler, bileşenler ve kablolar için yer açmak için tipik olarak oldukça büyük ve hacimlidir. Baskılı devre kartınızı kompakt bir alana yerleştirmeniz gerekiyorsa, daha fazla katman eklemek genellikle en iyi tasarım seçimidir.

4 katman avantajları:

4 katmanlı karmaşık devreli hemen hemen her tasarım elektriksel olarak üstündür.
Daha kısa yönlendirme olasılığı ile 4 katmanlı PCB daha küçük olabilir, bazen 2 katmanlı tasarımdan çok daha ucuz olabilir.
4 katmanlı tasarım, çift taraflı bileşenlerin montajından kaçınmaya yardımcı olabilir. Bileşenleri lehimleme için bir tarafa yerleştirmek büyük tasarruf sağlar ve gereken herhangi bir sayıda ek katman için ödeme yapar.
Daha Karmaşık Projeler İçin Kullanışlı – Projeniz ne kadar karmaşıksa, 4 katmanlı PCB' nin ek katmanlarını o kadar kullanışlı bulacaksınız. Düzenler, yönlendirme ve ek bileşenler dahil olmak üzere yaratıcı tasarım seçeneklerinizi artırabilmek, size mümkün olan en iyi ürünü yapma fırsatı verir.
Yüksek Kalite – En yüksek kaliteyi gerektiren basit ürünler için bile 2 katmanlıdan 4 katmanlı PCB tasarımına geçmek bariz bir seçimdir. Maliyet bir sorun değilse, 4 katmanlı panolar daha kaliteli bir sonuç sunar.
Ek Güç – Daha fazla güç işleme yeteneği, 4 katmanlı PCB'ler için önemli bir avantajdır. Çift taraflı mı yoksa 4 katmanlı baskılı devre kartına mı ihtiyacınız olduğuna karar verirken, tasarımınızın ne kadar güç gerektireceğini unutmayın.
Artan Dayanıklılık - Tasarımınız ne kadar çok katmana sahipse, PCB'niz o kadar dayanıklı olacaktır. 4 katmanlı bir tasarım, genellikle daha küçük boyutlu olmasına rağmen, 2 katmanlı bir baskılı devre kartından çok daha önemli olacaktır.
Daha Küçük Boyut ve Daha Hafif – Birçok kişi daha fazla sayıda katmanı daha büyük boyutlu bir kartla birleştirirken, 4 katmanlı kartlar aslında 2 katmanlı PCB'lerden çok daha küçük ve daha hafiftir. Bunun nedeni, bileşenler ve kablolama için daha az alana ihtiyaç duymalarıdır.

4 katman dezavantajları:

Daha Yüksek Maliyetler – 4 katmanlı PCB' ler daha fazla malzeme kullandığından ve üretilmesi daha zor olduğundan, 2 katmanlı baskılı devre kartlarından çok daha fazla olabilirler. Maliyetler söz konusu olduğunda, katman sayısını en aza indirmek genellikle en iyi seçenektir.

Daha Karmaşık Tasarım ve Üretim – Bir proje için baskılı devre kartlarını hızlı bir şekilde tasarlamanız ve üretmeniz gerektiğinde, ne kadar fazla katmanınız varsa, sürecin her adımı o kadar uzun sürer.

Daha Az Kullanılabilirlik – Tasarımınız ne kadar karmaşıksa, ihtiyaçlarınızı karşılayabilecek bir üretici bulmanın o kadar zor olduğunu göreceksiniz. Bununla birlikte, 4 katmanlı tasarımlar bugünlerde çok yaygındır, bu nedenle PCB tasarımlarınız daha da karmaşıklaşmaya başladıkça bu daha fazla sorun haline gelir.

Daha Uzun Teslim Süreleri – Zaman sıkıntısı çeken projeler için tasarımınıza katman eklemek ideal değildir. Zaman çerçeveniz ne kadar küçükse, projeniz için mümkün olduğunca az katman kullanmak o kadar önemli olacaktır.

Daha Karmaşık Onarımlar – Çift taraflı baskılı devre kartları, onarım kolaylığı söz konusu olduğunda 4 katmanlı tasarımlara göre bir avantaja sahiptir. Her şey esasen 2 katmanlı tasarımlarda ortaya çıkarken, 4 katmanlı PCB' ler için gerekli onarımlar daha zor olacaktır. Bazı uygulamalar için bu son derece önemlidir ve dikkate alınmalıdır.

8 Katman ve ilerisi; Farklı bir lig…

14-) 2 Katmandan 4 Katmana Geçmenin Avantajları

Diyelim ki; aşağıdaki Şekil' deki gibi dört katmanlı bir yığın ve standart katman düzenlemesi ile gitmeyi seçtiniz. Bu size ne satın alıyor?

İlk olarak, güç dağıtımı büyük ölçüde basitleştirildi ve geliştirildi. Sadece yollarla kırılan neredeyse katı düzlemler, çok düşük endüktansa ve dirence sahiptir. Bu da güç kalitesini iyileştirir, ayrıca sinyal katmanlarına geniş güç izleri sığdırmaya gerek yoktur.

VCC veya GND' ye ihtiyacınız olan her yerde, bunun için detaya inmeniz yeterlidir. Dış katmanlarda güç izleri olmadan, sinyal izleri için çok daha fazla yer var. RF veya yüksek hızlı dijital tasarımlar için daha da fazla fayda vardır.

Tipik bir iki katmanlı PCB üzerinde; 50ohm'luk bir iz, yaklaşık 110 mil genişliğindedir. Dört katmanlı tipik bir yığın örneğinde, bu 14 mil'e düşer, bu da sadece iz genişliğinden itibaren yoğunlukta neredeyse sekiz kat bir gelişme faktörüdür.

Diferansiyel dijital sinyal çiftleri de geliştirilebilir, bu tipik bir örnekte hat izini neredeyse dört kat küçültür.

Sayılan bu avantajlar; daha kompakt, ancak yönlendirmesi daha kolay tasarımlarla kolayca sonuçlanabilir, bu da size biniş alanından ve değerli tasarım süresinden tasarruf sağlar.

Dört katmana geçmenin en büyük artılarından bazıları hemen belli olmayabilir, ancak iç bakır katmanlar ile bunların dış katmanları arasındaki küçük mesafenin daha fazla avantajı vardır. Sinyal izlerini bir güce veya yer düzlemine yakın tutmak, aralarındaki bağlantıyı arttırır ve mevcut dönüş yolu dahil olmak üzere sinyal döngü alanını azaltır. Bu faktörler yayılan emisyonları azaltır ve sinyal bütünlüğünü iyileştirir. Bu sadece bir hobi projesiyse, emisyon testini düşünmüyor olabilirsiniz, ancak tasarımınızın satış için sertifikalandırılmasını istiyorsanız, bu önemli bir sorun olabilir. İyileştirilmiş sinyal bütünlüğü ise, ilk seferde başarılı bir yüksek hızlı tasarım için daha büyük bir şansınız olduğu anlamına gelir.

15-) Baskı devre kartında güç düzlemi, toprak düzlemi ve sinyal katmanı nedir?

Genellikle, bu günlerde PCB' lerde, düşük voltajlı devreler için, kullanılmayan tüm alan (raylar tarafından işgal edilmeyen) toprağa bağlanır ve bir bakır düzlem oluşturur. Buna Toprak düzlemi (GND Plane) denir.

Toprak düzleminin avantajları çoktur;

Daha Düşük Toprak empedansı,
Daha iyi sinyal bütünlüğü,
Daha kolay ayrıştırma (decoupling),
Daha az EMI sorunları.
Toprak dönüş yolu için daha yüksek akım taşıma kapasitesi.
Güç düzlemi, sistemin gerilimini taşıyan bir düzlemdir. Bu günlerde genellikle 24V, 5V, 12V, 3.3V ve hatta 1.8V, 1.1V, 0.95V olabilir.
Raylar yerine bir güç plane i çalıştırmanın avantajları, daha iyi ayırma, Geliştirilmiş EMI değerlendirmeleri ve daha yüksek akım taşıma kapasitesidir.
Sinyal izleri olan herhangi bir katmana sinyal katmanı denir. Çoğunlukla üst ve alt katmanlar bir sinyal katmanı olarak kullanılır ve iç katmanlar (4 katmanlı bir kart olması durumunda), toprak (GND) ve Vcc (PWR) olarak kullanılır. Ancak, büyük Harici EMI karşısında en yüksek sinyal bütünlüğünün gerekli olduğu bazı durumlarda veya gömülü bir RF dalga kılavuzu yapmak istiyorsanız, sinyal katmanları Toprak (GND) ve Vcc (PWR) katmanları arasında sıkıştırılarak ikisini tersine çevirmek daha iyidir.
AC sinyalleri/akımları için hem güç hem de toprak düzlemlerinin esasen ac zemin olduğunu belirtmekte fayda var. Bu, Gnd ve Vcc düzlemlerini birbirine bağlayan her yere bol miktarda dekuplaj kapasitörü serpilerek kolaylaştırılır.

16-) Toprak düzlemi (GND Layer / GND Plane) olmadan PCB yapabilir miyim?

Çoğu PCB' nin bir toprak düzlemine İHTİYACI yoktur. Hem güç hem de sinyal dönüşü için düşük empedans yolu sağlar. Özellikle yüksek hızlı mantık veya RF devrelerinde bir toprak düzlemi gereklidir. Tasarımınızda ikisi de yoksa, bir toprak veya güç düzlemine gerek yoktur.

Bununla birlikte, özellikle güç, toprak veya diğer yüksek akım bağlantıları için izlerin mümkün olduğunca geniş olduğundan emin olmalısınız. Ayrıca, daha büyük izler daha güvenilirdir. Yaptığım her tasarımda, güç ve toprakn için daha kalın izlerle ve diğer bağlantılar için daha ince izlerle başlıyorum. Sonra her şey bağlandıktan sonra, güvenilirliği artırmak için geri dönüyor ve her izin genişliğini artırıyorum. Örneğin .010″ (10 mil) veya daha dar uçlara sahip ince SMD paketlerine bağlanmak için kesinlikle daha incesi gerekli olmadığı sürece minimum .015″ (15mil) kullanıyorum.

17-) PCB' de iç ve dış katmanlar ne anlama geliyor?

Dış katmanlar, görebildiğiniz katmanlardır. Bu da tipik olarak 2 adettir. TOP (Üst) katman ve BOT (Alt: Bottom) katmanlarıdır.

İç katmanlar (Inner Layers), göremediğiniz gizli katmanlardır. Katman sayısı tasarımın karmaşıklığına bağlıdır.

18-) 4 katmanlı bir PCB' nin yapamayacağı 8 katmanlı bir PCB nedir?

Daha fazla katmana ihtiyacınız var:

1) Yüksek yoğunluklu bileşenlere sinyal almak için: Bunların çoğu, bir ızgarada yüzlerce (binlerce pin den fazla) "pin" içeren, çok dar bir alana (0,8 mm veya daha az) sahip bir BGA' dır. Bu nedenle; PCB izlerinin, ızgaranın ortasındaki bu lehim toplarına ulaşmasını sağlamak çok zor ve tüm izleri o küçücük alana sokmak için çok sayıda katman gerektirir.

2) Eşleştirilmesi gereken sinyalleri yönlendirmek için: örneğin uP' den RAM' e (DDR3 korkutucu derecede hızlıdır: iz uzunluğu eşleştirmesi önemlidir ve zordur)

3) Çok fazla komponenti ilgili alana sıkıştırdığınız için: PCB alanını ara bağlantılar ve yönlendirme ile boşa harcamamanız için birçok ürünün küçük olması gerekir.

4) Daha düşük gürültü sağlamak için: örneğin dijital sinyalleri analog sinyallerden ayırmak için Veya farklı voltajlar için farklı güç düzlemleri ve toprak düzlemleri veya ayrı analog ve dijital isteyebilirsiniz.

5) Analog hakkında daha fazla bilgi: özellikle RF ile, izolasyona ve izler üzerinde empedans kontrolüne ihtiyacınız var, bu nedenle WiFi veya CELLULAR ekstra katmanlar gerektirecektir.

Karmaşık bir sistem için dört katman çok düşüktür: Genellikle 8 ve 12'den memnun kalırsınız.

19-) Neden GND/PWR düzlemlerine ihtiyacımız var?

EMC koruması ve karışma(Interference) ve EMI' yi önlemek için bu plane lere ihtiyaç vardır. Kapasitans, plakalar (PCB düzlemleri) arasındaki mesafenin tersi ile orantılıdır.

İç katmanları kullanmak, aralarındaki mesafeyi en aza indirir ve kapasitansı en üst düzeye çıkarır.

Çoğu PCB kartı SMT' dir. Bu nedenle, bileşenler için açık olan gerçek bir PCB kartı ve bunları bağlamak için daha fazla PCB izleri istiyorsunuz ve GND düzlemini çok fazla delmek istemiyorsunuz (Aksi takdirde, çok sayıda PCB VIA' sı kullanmak zorunda kalırsınız.).

Şekil: 2 katmanlı ve 4 katmanlı(PWR ve GND düzlemi (plane) içeren) PCB' lerin EMI bastırma analizi

2 katmanlı bir PCB' de tipik kapasiör davranışı izlenirken, 4 katmanlı GND/PWR plane' leri kullanıldığında oluşan parazitik kapasitans ile EMC açısından daha fazla zayıflama (insertion loss) sağlanmaktadır.

2 katmanlı PCB' deki (GND ve PWR düzlemleri yok), düşük frekanslarda, bir kapasitörün "davranışına" sahip olacaktır. Sonra parazitik indüktör devreye girecek ve davranış bir indüktörün davranışı olacaktır. Bu, daha yüksek frekanslarda herhangi bir RF reddine sahip olmadığımız anlamına gelir. ("Yüksek frekans" terimi, kapasitör türüne göredir, X7R 0603 için 10 MHz'den daha az, hatta bunun bir kısmında rezonansa girecektir. Yani; kapasitörün SRF' si kadar filtreleme sağlanacaktır.)

4 katmanlı PCB' deki (GND ve PWR düzlemleri var); C' ye paralel olarak ideal bir düzlem olduğunu farzedersek, bir Cp'ye sahip olduğumuzu düşünebiliriz. Bu değer de yaklaşık 300-500 MHz' lik bir SRF' ye sahip olduğu düşünülebilir. Bu durumda RLC // Cp elde etmiş olacağız. Sonuç olarak, daha geniş bir spektrum aralığında daha iyi bir gürültü reddi elde edeceğiz(Bakınız Şekil)!

EMC koruması ve karışma ve EMI'yi önlemek için. Genellikle PCB tasarımında bir VCC olarak adlandırılan bir güç düzlemi (PWR PLANE), bir güç kaynağına bağlı düz bir bakır düzlemidir. Toprak (GND) düzleminin güç kaynağının toprak bağlantısına nasıl bağlandığına benzer. Amacı, kartınıza sabit bir voltaj kaynağı sağlamaktır.

Sağlam güç ve toprak düzlemlerine sahip olmak, EMI emisyonlarının azaltılmasına yardımcı olur ve izler üzerindeki sinyalin kalitesini artırır. Ayrıca, çoğu tasarımda, güç ve toprak, PCB' deki hemen hemen her aktif bileşene gider, bu nedenle onları düzlemlere bağlamak, güç ve toprak ağını izlerle yönlendirmekten daha basittir. Güç ve toprak bağlantılarını yaptıktan sonra, sinyaller için çok daha az PCB iz çekişmesi olur.

Şimdi, izler dış katmanlardayken plane lerin neden içeride olduğuna gelelim!

Bileşenler arasındaki bağlantılar yerel olarak kümelenme eğilimindedir ve bu yerel bağlantıların yalnızca bir katmanda yönlendirilme şansı oldukça yüksektir. SMD bileşenleri kullanıldığında, bu, bileşenle aynı katmandaki bağlantıların bir via veya delikten geçiş pedi gerektirmeyeceği anlamına gelir.

Bazı durumlarda, tüm sinyaller bileşenle aynı katmanda olabilir, böylece hiç via geçişi olmaz (toprak/güç hariç). Alan kısıtlı tasarımlarda bu, diğer tarafa daha fazla devre koymanıza izin verebilir.

Öte yandan, tüm izleri iç katmanlara koyacak olsaydınız, tüm sinyallerin bileşenden sinyal katmanlarına gitmesi için bir yol gerekir.

Tüm PCB' den geçen ve her iki tarafta yer kaplayan yollara sahip olmanın etkisini en aza indirmek için kör via kullanmak mümkündür. Ancak bunu yapmak için tasarım çabası ve üretim maliyetleri onu pratiklikten çıkarır.

SMT (Yüzeye monte) bileşenleriniz varsa, birbirine bağlı bileşenleri aynı tarafa koyacak ve izleri yüzeyde tutacak ve mümkün olduğunca virajlardan(45° olmalı) kaçınacaksınız. Bu; güç için güzel, büyük, geniş, kaliteli izler için iç katmanları açacaktır.

Neredeyse tüm iç katmanları güç ve toprak yapabilirseniz, düzlemler arasında kapasitif etki elde edersiniz. Bu durumda; bir çip aniden güç çekerken, güç düzleminin bir kapasitörü görevi görür ve parçaya daha fazla akım koyarak voltajı koruduğu anlamına gelir.

Bu etki olmadan, her bileşenin yanına yerleştirilmiş bir güç kapasitörüne sahip olabilirsiniz. Daha fazla komponent, daha fazla maliyet.

Zaten 4 katmanınız varsa, belki kart kapasitansı tasarımdan bazı parçaları çıkarmanıza izin verir. Belki vermeyebilir ama zarar vermez. Ben yine de dekuplaj, baypas kapasitörleri veya pi filter kullanımını kesinlikle yapıyorum. Pi filtrenin önünde de mutlaka bir dekuplaj kapasitörü kullanıyorum.10cm yi geçen uzak mesafelerde de butlaka bir bulk kapasitörü eklerim.

Sonuç olarak; Güç düzlemlerinizi bir araya getirmelisiniz veya bir arada tutmalısınız. Çünkü bu, dekuplaj için bir PCB kartına dağıtılmış bir sürü sanal kapasitör oluşturmuş olacaktır. Bu da PCB üzerindeki Güç network' ünüzün gürültüsünü toprağa çevirerek iyileştirir. Genellikle bu kapasitif katman; Güç network' ünüzdeki HF(High Frequency) gürültüsü için kullandığınız baypas kapasitörlerinizden daha iyi sonuç verecektir. Yine de çok iyi bir PCB çizdiğinizi düşünseniz bile bu sanal kapasitörlerin etkisini yalnızca EMC testleri esnasında görebileceksiniz. Bu yüzden; PCB üzerinde her ihtimale karşı mutlaka dekuplaj, baypas veya pi filtre bulundurmanızı veya eklemenizi tavsiye ediyorum.

20-) Çok katmanlı bir PCB' yi çizerken; güç, toprak veya sinyaller için çeşitli katmanları seçmenin avantajları ve dezavantajları nelerdir?

Devreye bağlı olarak, plane' ler birçok amaç için kullanılabilir ve devrenin kritik bir parçasıdır. Bir PCB' ye daha fazla katman eklemenin maliyetinden başka dezavantajı yoktur. Bu maliyet BÜYÜK bir faktördür ve önemli olabilir. Diğer tüm metriklerde ise, düzlem katmanlara sahip olmak bir kazanandır.

Plane' ler her zaman iç katmanlardır, ancak bazılarının referans düzlemi olarak topraklanmış bir dış katman kullanmış olabileceği bazı istisnalar duymuş olsam da, 2 katmanlı bir PCB' nin (çok katmanlı değil) kullanımının ötesinde bir tane hiç görmedim.

Tipik olarak, düşük hızlı bir devrede, düzlem dağıtım ve yönlendirme kolaylığı için oradadır. Güç dağıtımına gelince, buradaki avantaj, PCB üzerindeki IC' ler ve cihazlar için kaynak ve dönüş bağlantıları oluşturmak için güç izleri oluşturmak zorunda kalmamasıdır.

Basitçe bir bileşen ped inden bir geçişe kısa bir bağlantı yapın, ardından geçiş uygun güce veya toprak düzlemine bağlanır. Bu, sinyal katmanlarında çok fazla yer açar ve çok daha temiz/kolay bir yönlendirme(routing) çabası sağlar.

Düzlem en dış katmanın hemen altındaysa, iç sinyal katmanlarından elektromanyetik izolasyonun yanı sıra dış katmana referans olarak kullanılabilir. En yakın dahili sinyal katmanının empedansını ayarlamak için referans olarak kullanabilirsiniz, ancak bu daha az yaygındır.

Referans olarak sadece bir toprak düzlemi ile de sınırlı değilsiniz, hem toprağı hem de güç düzlemini kullanabilirsiniz. Örneğin; üst katmanda, bir sonraki katmanı (toprak düzlemi) referans olarak kullanıyor olup, alt katman sinyalleri için bir sonraki katmanı (güç düzlemi) referans olarak kullanabilirsiniz. Bu, genellikle USB veya Ethernet sinyallerini (diferansiyel çiftler olarak) göreceğiniz yerdir ve bunlar karttan geçtiklerinde, USB / RJ45 jak ındaki delikli geçişleri veya delikli pinleri kullanarak geçerler.

Tipik olarak, kritik sinyallerin dahili yönlendirmesi için, dahili sinyallere referans vermek için kartın en iç katmanlarına doğru ek bir plane setiniz olur.

Tasarımın en kritik izlerinin nereye gideceğine gerçekten dikkatlice karar vermelisiniz. Sinyaller, daha iyi gürültü azaltma (yayılan veya alınan) için plane grupları arasında da çalıştırılabilir. Bununla birlikte, kritik/yüksek hızlı sinyallerin iç kısma yerleştirilmesi, bir HDI (yüksek yoğunluklu PCB, üretilmesi daha zor) dışında, çok katmanlı bir kartta genellikle istenmeyen bir durumdur. Çünkü via lar istenmeyen sinyal bütünlüğü sorunlarına neden olabilir. Geçiş pinleri ve viaların kullanılmayan kısmı bir anten haline gelir. Bununla birlikte, bir HDI' de, kör veya gömülü via ların kullanılması, dahili katmanlar üzerinde yönlendirmeyi oldukça arzu edilir hale getirir. Ayrıca, çok sayıda dahili sinyal katmanınız varsa, genellikle birkaç plane setine sahip olmak gerekir. Bu da; birkaç "küme", yani düzlemlerin her zaman çiftler halinde eklenmesi gerektiği anlamına gelir.

Alt layer da, mm aralıklı parçaların kullanıldığı HDI tasarımlarında, genellikle diğer her şeyin küçültülmesi gerekir… Bakırın kalınlığı, izlerin genişliği, yolların çapı ve PCB dielektrik alt katmanının kalınlığı da küçültülmelidir.

Plane ler arasındaki süper ince dielektrikler başka bir avantaj sağlar ve bu dahili kapasitanstır. Esasen, plane ler büyük plakalardır ve aralarında dielektrik bir şey olduğunda bir kapasitör haline gelirler. Bu, yüksek hızlı şeyler (> 5GHz) için gerçekten etkilidir. Ancak güzel bir etkidir ve aynı zamanda dağıtılmış kapasitanstır, bu nedenle PCB' nin her yerindedir ve tüm PCB' yi daha sessiz hale getirir.

Her neyse, bu hiçbir şekilde tam veya kesin değildir. Ancak; umarım bu, PCB katmanları, kullanımları ve avantajları veya dezavantajları hakkındaki sorularınızı yanıtlamaya yardımcı olmuştur.

21-) PCB Yığın (Stackup) Tasarımına Bakış Açımız

PCB tasarımınızı oluşturan katman sayısından bağımsız olarak, ped aralığı, boşluklar, iz genişlikleri, bakır ağırlıkları ve matkap deliği boyutlarına ilişkin özellikler PCB üreticinizle size bildirlir. Tasarımınız birden fazla katman gerektiriyorsa, sinyal, güç ve via' lar üzerinden GND yönlendirmesi(routing) ve ayrıca PCB yığını(stackup) için ek üretim spesifikasyonlarını göz önünde bulundurmanız gerekecektir.

İmalat için katman sayısı, bunların düzenlenmesi veya istiflenmesi ve malzeme türü belirlenmelidir. Bu seçenekler, kalınlık kısıtlamaları arasında koordinasyon gerektirir; malzeme parametreleri; dielektrik sabiti, termal genleşme katsayısı ve elektriksel mukavemet, sinyal tipi izolasyon ve delik (drill) seçenekleri gibi.

Çok katmanlı PCB devre kartlarını tasarlamadan önce, tasarımcıların devre kartlarının yapısını öncelikle devre ölçeğine, devre kartlarının boyutuna ve elektromanyetik uyumluluk (EMC) gereksinimlerine göre onaylamaları gerekir. Bu, tasarımcıların 2, 4, 6 veya daha fazla devre kartı katmanı kullanmaya karar vermesi gerektiği anlamına gelir. Tasarım, yüksek yoğunluklu bilyalı ızgara dizisi (BGA: Ball Grid Array) cihazlarının kullanılmasını gerektiriyorsa, bu cihazlar için gereken minimum kablolama katmanı sayısı dikkate alınmalıdır.

Yıllar boyunca insanlar her zaman daha az PCB katmanının maliyetin düştüğüne inanırlar, ancak PCB üretim maliyetlerini etkileyen başka birçok faktör vardır. Son yıllarda, çok katmanlı levhaların maliyetleri arasındaki farklar önemli ölçüde azaltılmıştır. Katman sayısı belirlenir belirlenmez, iç katmanın yerleştirilmesi ve bu katmanlarda farklı sinyallerin nasıl dağıtılacağına daha sonra karar verilebilir. Bu, çok katmanlı PCB' nin yığın(stackup) tasarımıdır. Dikkatli planlama ve önceden rasyonel yığın tasarımlarının seçilmesi, sonraki kablolama ve gelecekteki üretimde çok fazla çaba tasarrufu sağlayacaktır.

PCB yığını, bir ürünün EMC performansını belirlemede önemli bir faktördür. İyi bir yığınlama, PCB üzerindeki döngülerden (diferansiyel mod emisyonu) ve ayrıca karta bağlı kablolardan (ortak mod emisyonu) gelen radyasyonu azaltmada çok etkili olabilir. Öte yandan, zayıf bir yığın, bu mekanizmalardan her ikisinden gelen radyasyonu önemli ölçüde artırabilir.

Kart istifleme hususları açısından dört faktör önemlidir:

1. Katman sayısı,
2. Kullanılan düzlemlerin sayısı ve türleri (güç ve/veya toprak),
3. Katmanların sırası
4. Katmanlar arasındaki boşluk.

Genellikle katman sayısı dışındaki diğer maddeler pek dikkate alınmaz. Çoğu durumda diğer üç faktör eşit öneme sahiptir. Dördüncü madde bazen PCB tasarımcısı tarafından bile bilinmez.

Katman sayısına karar verirken aşağıdakiler dikkate alınmalıdır:

1. Yönlendirilecek sinyallerin sayısı ve maliyeti,
2. Frekans,
3. Ürünün Sınıf A veya Sınıf B emisyon gereksinimlerini karşılaması gerekecek mi,
4. PCB korumalı mı yoksa ekransız bir mahfaza içinde mi olacak ve
5. EMC tasarım ekibinin mühendislik uzmanlığı.

Genellikle sadece ilk öğe dikkate alınır. Gerçekte tüm öğeler kritik öneme sahiptir ve eşit olarak düşünülmelidir. Minimum sürede ve en düşük maliyetle optimum bir tasarım elde edilecekse, son öğe özellikle önemli olabilir ve göz ardı edilmemelidir.

Toprak ve/veya güç düzlemleri kullanan çok katmanlı PCB' ler, iki katmanlı PCB' ler üzerinden yayılan emisyonda önemli bir azalma sağlar. Sıklıkla kullanılan bir kural, dört katmanlı bir PCB' nin iki katmanlı bir tahtadan 15-20 dB daha az radyasyon üreteceğidir, diğer tüm faktörler eşittir.

Uçak içeren panolar, aşağıdaki nedenlerden dolayı uçaksız panolardan çok daha iyidir:

1. Sinyallerin bir mikroşerit (veya şerit çizgi) konfigürasyonunda yönlendirilmesine izin verirler. Bu konfigürasyonlar, iki katmanlı bir kartta kullanılan rastgele izlerden çok daha az radyasyona sahip kontrollü empedans iletim hatlarıdır.
2. Toprak düzlemi, toprak empedansını (ve dolayısıyla toprak gürültüsünü) önemli ölçüde azaltır.

20 ile 25 MHz' de ekransız muhafazalarda iki katmanlı kartlar başarıyla kullanılmış olsa da, bu durumlar kuraldan ziyade istisnadır. Yaklaşık 10 veya 15MHz' in üzerinde, normal olarak çok katmanlı kartlar düşünülmelidir.

22-) Katman Sayısını Matematiksel Olarak Belirleme

PCB yığınınız(Stackup) için ilk düşünce, kaç katmanın(layer) gerekli olduğunu belirlemektir. Bu, sinyal (yüksek hız, düşük hız), güç (yüksek güç kartları için veya güç kaynakları devrenizin bir parçası olduğunda) ve GND katmanları veya düzlemleri(Planes) dikkate almayı içerir. Sinyal türlerinin iç katmanlarda karıştırılmaması şiddetle tavsiye edilir.

Çoğu PCB için, doğru bir katman sayısı elde etmek için pin yoğunluğunu kullanabilirsiniz:

Pin yoğunluğu= PCB Alanı / (Toplam pin sayısı / 14)

Aşağıdaki tablo, referans için PIN yoğunluğuna dayalı sinyal katmanlarının sayısını belirlemeye yönelik deneysel verilerdir.

Tablo: (Ps: Definition of PIN density =PIN yoğunluğunun tanımı= Kartın alanı (inç kare)/ (Kart üzerindeki toplam pin sayısı/14))

23-) PCB Yığınlama(Stackup) Prensibi

Devre kartı katmanlarının sayısı belirlendikten sonra, aşağıdaki iş her katmanın devresinin yerleşim sırasını makul bir şekilde düzenlemektir.

Bu bölümde dikkate alınması gereken iki ana faktör vardır:

(1) Özel sinyal katmanlarının dağılımı
(2) Güç katmanı ve toprak katmanının dağılımı

Devre kartlarının katmanları ne kadar fazlaysa, özel sinyal katmanlarının düzenleme çeşitleri de o kadar fazladır, toprak katmanları ve güç katmanları, bu nedenle en iyi kombinasyon yöntemini seçmek daha zordur, ancak genel ilkeler aşağıdaki gibidir.

(1) Sinyal katmanı, dahili güç katmanının bakır filmi tarafından korunan bir dahili güç katmanının (dahili güç/toprak katmanı) yanında olmalıdır.

(2) Dahili güç katmanı, toprak katmanı ile sıkıca entegre edilmelidir; bu, dahili güç katmanı ile toprak katmanı arasındaki güç kaynağı kapasitörünü iyileştirmek için, dahili güç katmanı ile toprak katmanı arasındaki ortamın kalınlığının daha küçük değeri alması gerektiği anlamına gelir. Bu sayede rezonans frekansını artırmış olursunuz. Dahili güç katmanı ile toprak katmanı arasındaki elektrik potansiyeli farkı önemli değilse, 5mil (0.127 mm) gibi daha küçük bir yalıtım kalınlığı kullanılabilir.

(3) Doğrudan bitişik iki sinyal katmanından kaçınmak gerekir. Devrenin arızalanmasına yol açan bitişik sinyal katmanları arasında karışma oluşturmak kolaydır. İki sinyal katmanı arasına bir toprak katmanı yerleştirmek, karışmayı(crosstalk) verimli bir şekilde önleyebilir.

(4) Çoklu topraklanmış dahili güç katmanları, toprak empedansını etkili bir şekilde azaltabilir. Örneğin, A sinyal katmanı ve B sinyal katmanı sırasıyla toprak düzlemini kullanır, ortak mod girişimini etkili bir şekilde azaltabilir.

(5) Katman yapısının simetrisi.

24-) GND Katmanlarını (Planes) Oluşturarak Başlayın

Ben genellikle; katman tasarımına başlamadan önce, sinyal katmanlarının sayısıyla başlamak yerine, hangi sinyal katmanlarının bitişik GND referans katmanlarına ihtiyaç duyacağını belirlemenin daha iyi olduğunu düşünüyorum.

Bunun birkaç önemli nedeni var:

Kontrollü empedans için gereklidir. Modern dijital sistemler, genel yüksek hızlı mantık aileleri, diferansiyel sinyal standartları kullanır veya bilgisayar çevre birimleriyle (örn., USB, DDR, PCIe, Ethernet, vb.) bu arabirimin kontrollü empedans yönlendirme kullanması gerekir. GND düzlemini sinyal izlerinin yakınına yerleştirmek, izlerinizin empedansını ve sinyaller için yayılma gecikmesini tanımlar.
Dönüş yollarının planlanmasına yardımcı olur. Yoğun yüksek hız/yüksek frekans sistemlerinde, sinyaller için dönüş yolunu planlamanız gerekir . Amaç, kartınızdaki her iz için küçük döngü endüktansı sağlamak ve geçici geçiş sırasında sinyallerinizin aşırı karışma veya aşırı zil sesi yaşamamasını sağlamaktır.
EMI' yi bastırmaya yardımcı olur. Önceki nokta, yayılan EMI alımı ile ilgilidir; küçük döngü endüktanslı bir devre, harici bir kaynaktan veya kartın içinden düşük EMI alacaktır. Karışma ve harici EMI, hassas sinyallerin yanına bir yer düzlemi yerleştirilerek bastırılabilir.
Karışık sinyal kartlarında izolasyona yardımcı olur. Analog ve dijital kart bölümleri birbirinden izole edilmelidir. Bir toprak düzlemi ile ayrılmış farklı katmanlara analog ve dijital izler yerleştirmek, dijital sinyal gürültüsünün analog sinyallerle karışmasını engeller.

25-) STACKUP YAPILARI

Dört Katmanlı Yığın (Stackup) Yapısı

Aşağıdaki Şekil' de; 1.6mm=1600um kalınlığında PCB stackup' a sahip 4 katmanlı bir PCB yapısı verilmiştir.

Üst katmandaki yüksek hızlı sinyaller, katman 2' deki GND düzlemine atıfta bulunur.

Alt katmandaki yüksek hızlı sinyaller için referanslar katman 3' teki güç düzlemleri olduğundan, yukarıda bahsedilen güç düzlemleri ile toprak arasına dikiş kapasitörleri yerleştirmek gereklidir.

Bu yığında, sinyallerin GND katmanına doğrudan bir referansa sahip olması için yüksek hızlı sinyallerin alt katmanın aksine üst katmana yönlendirilmesi tercih edilir.

Bazı tasarımlar için, alt katmanın birincil yüksek hızlı yönlendirme katmanı olarak kullanılması istenebilir. Bu durumda, Katman 2 ve 3' teki güç ve toprak kullanımı değiştirilebilir.

4 katmanlı PCB için diğer stack-up örnekleri aşağıda verilmiştir;

Stackup-1 : Yayılan emisyon açısından açıkça 2 katmanlı PCB'den daha iyidir. Mekanik mukavemet sağlamak için katmanlar birbirinden uzak olmasına rağmen istenilen bağlantı sağlanamamaktadır. [obj. 5]

Stackup-2 : Bu yığın, sinyal ve referans düzlemleri arasındaki artan bağlantı nedeniyle radyasyonu 10 dB'ye kadar daha da azaltacaktır. Genel tasarımlar için bu PCB yığını optimal olarak kabul edilebilir. [obj. 1, 5]

Stackup-3 : Bu yığınlama oldukça geleneksel değildir. Bileşen yerleşimi ile, üst/alt düzlemde korumayı optimum hale getiren çoklu kırılmalar vardır. Bazı tasarımcılar ayrıca dış katmanlardaki güç düzleminin tehlikeli olabileceğinden endişe ediyor. [obj. 1, 3, 5]

Stackup-4 : Üçüncü versiyonun üzerine bir değişiklik olarak verilebilir. Güç ve sinyal aynı katmana yerleştirilir. Böyle bir düzenleme, bağlayıcı kartlar için faydalı olacaktır. burada esas olarak iki konnektör, birkaç dekuplaj kapasitörü ile PCB' nin karşı taraflarına yerleştirilir. [nesne, 1, 3, 4, 5]

Stackup-5 : Güç ve sinyalin üst ve alt katmanda karıştırıldığı bir Stackup-2 versiyonu, genel tasarımlar için ikinci optimum olarak kabul edilebilir. Güç, sinyallerle etkileşime girebilse de, yeniden işleme kolaylığını artırır. [obj. 1, 5]

Dört katmanlı levhalar için iki ortak yığın Şekil-A ve Şekil-B'de gösterilmiştir. Bu iki levha için katmanların sırası tamamen aynıdır ancak kalınlıkları farklıdır. Bu küçük bir değişiklik gibi görünebilir, ancak farklı katmanlar arasında uygun bir boşluk bırakılmasının kart performansını iyileştirebileceğini göreceğiz.

Şekil-A

ŞEKİL-B

Gördüğünüz gibi, her iki sinyal katmanı da düzlem katmanlarının yanındadır (toprak düzlemi veya güç düzlemi). Bu nedenle, belirli bir sinyalin dönüş akımı bitişik bir düzlemde akabilir. Bu, akım akışı tarafından oluşturulan döngü alanını en aza indirerek akım dönüş yolu endüktansını en aza indirir. Düşük endüktanslı bir dönüş yolu , gürültü performansını iyileştirir ve kart radyasyonunu azaltır (hem diferansiyel hem de ortak mod emisyonları).

Genel olarak; dört katmanlı bir kart, iki katmanlı bir kartta uygulanan aynı devreye kıyasla yaklaşık 20 dB daha az radyasyona sahip olabilir.

Sinyalleri katı düzlemlere yakın tutmak, burada önemli olan faktördür. Bu nedenle, gürültüyü ve EMI performansını daha da iyileştirmek için, bir sinyal katmanı ile bitişik düzlemi arasındaki yalıtkanı daha da ince hale getirebiliriz. Bu basit numara bize, Şekil-B' de gösterilen, sinyal katmanları ve düzlemler arasındaki bağlantının, toprak ve güç düzlemleri arasındaki bağlantının azaltılması pahasına artırıldığı gelişmiş yığını verir. Bu ciddi bir dezavantaj olmayabilir çünkü aslında bu iki yığından hiçbiri düzlemden düzleme yeterli bağlantı sağlamaz. İki yığının aynı toplam PCB kalınlığına sahip olduğuna dikkat edin.

Şekil-A ve Şekil-B' deki yığınlar yaygın olarak kullanılmaktadır, ancak bunların her ikisi de toprak ve güç düzlemlerinin birbirine yeterince yakın olmaması ve dolayısıyla yalnızca küçük bir düzlemler arası kapasitans olması gerçeğinden kaynaklanan iki eksiklikleri vardır.

Şekil-A ve Şekil-B'den devşirilerek geliştirilmiş Stackup yöntemleri aşağıda Şekil-C ve Şekil-D' de verilmiştir. Bu yapıların kart performansını nasıl iyileştirebileceğini göreceğiz.

Şekil-C

ŞEKİL-D

Şekil-A ve Şekil-B' deki yığınlarda olduğu gibi, sinyal izleri bir düzleme bitişik olmalı ve mevcut dönüş yolu endüktansı en aza indirilmelidir. Bu bağlamda, Şekil-C' deki yığınlama ideal olmayabilir, çünkü monte edilen bileşenler katman 1'de katı (solid) bir toprak düzlemine sahip olmamızı engelleyecektir.

Sinyal izlerinin çoğunu toprak düzlemlerinin katı kısımları üzerinden yönlendirebileceğimizi varsayarsak, sinyal katmanları ve düzlemler arasındaki yalıtkanın ince olduğunu gözlemliyoruz, bu da oldukça arzu edilir.

Şekil-C ve ŞEKİL-D' deki yığınlar iki toprak düzlemine sahiptir. Bu, düşük empedanslı bir zemin yapısına sahip olmamızı ve ortak mod radyasyonunu azaltmamızı sağlar.

Ayrıca Şekil-C' de toprak düzlemleri sinyal katmanlarını çevrelemektedir. Bir kalkan görevi gören plane ler, yüksek hızlı sinyal izlerinden gelen radyasyonu içerebilir.

İki toprak düzlemini birbirine bağlamak için kartın çevresine dikiş yolları bile yerleştirebiliriz. Bu, bir Faraday kafesi oluşturacak ve radyasyonu daha da içerecektir. Şekil-D' deki yığının düzlemleri kalkan görevi göremez.

Bu iki yığınla, bir güç düzlemimiz yok. Güç polygon' larını veya ızgaralı bir güç yapısını kullanabiliriz . Sinyal ve güç izlerini yönlendirebilir ve bileşenleri tek bir katmana (katman 1) monte edebilirsek, Şekil-D' deki yığın kullanılabilir (bu yığının katı (solid) toprak düzlemleri vardır). Ancak tüm bunlar için yeterli alanımız yoksa Şekil-C' deki stack-up' ı kullanabiliriz.

Bu iki yığının sağlam güç düzlemleri olmamasına rağmen, güç akışları toprak düzlemlerine çok yakındır. Sonuç olarak, güç akışları ve toprak düzlemleri, yüksek frekanslarda ayrıştırıcı bir yapı olarak hareket edebilen nispeten büyük bir kapasitans yaratacaktır.

Şekil-C ve ŞEKİL-D' deki güç aktarımları ve düzlemleri arasındaki ayrıştırmanın, geleneksel dört katmanlı bir kartın toprak ve güç düzlemleri tarafından sağlanan ayrıştırmadan daha iyi performans gösterdiğini doğrulayan ölçülmüş veriler vardır (Şekil-A ve ŞEKİL-B).

Her zamanki dekuplaj kapasitörleriyle birlikte geliştirilmiş yığınların ayrıştırma yapısını kullanarak, yüksek hızlı dijital IC'ler için daha kolay geçici güç sağlayabiliriz.

Son olarak, Şekil-C ve ŞEKİL-D' deki iyileştirilmiş yığınlarla, yüksek hızlı sinyaller katmanları değiştirebilir. Çünkü tüm sinyaller toprak düzlemlerine atıfta bulunur (geleneksel yığınlarda, sinyaller bir toprak düzlemine veya bir güç kaynağına atıfta bulunulmuştur).

Sonuç olarak, dönüş akımı için düşük empedanslı bir yol sağlamak için bir düzlemden düzleme bir geçişe yakın bir şekilde yerleştirebiliriz.

Diğer bir popüler stackup yapısı da aşağıda verilmiştir;

Üst (Katman 1) – Belirtilen durumlar dışında toprak düzlemi ile sinyal.
Katman 2 – Sürekli toprak düzlemi. Bu katman üzerinde hiçbir sinyal yönlendirilmemelidir.
Katman 3 – Belirtilenler dışında toprak düzlemlerine sahip güç düzlemleri. Sinyaller, özellikle gömülü MII/RMII veri yolu ve MII/RMII CLK gibi sinyaller için, gerekirse bu katman üzerinde yönlendirilebilir.
Alt (Katman 4) – Belirtilen durumlar dışında toprak düzlemi ile sinyal.
Toprak plane' ini taşkınlarını ve zemin katmanlarını pratik olarak ayırın. Sinyal izleri güç adası düzlemlerine yeniden referans verildiğinde, toprak düzlemi ile güç düzlemi arasında dekuplaj kapasitörleri (0.01 uF seramik) gereklidir.
Alt katmanda, Katman 3 katmanındaki güç adaları üzerinden yönlendirilen sinyal izleri, kısa (doğrudan) dönüş akımı yollarını etkinleştirmek için izin yakınında dekuplaj kapasitörlerine (0.01 uF seramik) sahip olmalıdır.
Sinyal izleri güç adası düzlemlerine yeniden referans verildiğinde, aşağıda Şekil'de gösterildiği gibi toprak düzlemi ile güç düzlemi arasında dekuplaj kapasitörleri (0.01 uF seramik) gereklidir.

Altı Katmanlı Yığın (Stackup) Yapısı

Aşağıdaki Şekil' de; 1.6mm=1600um kalınlığında PCB stackup' a sahip 6 katmanlı bir PCB yapısı verilmiştir.

Bu örnekte, üst katmandaki yüksek hızlı sinyaller için referans düzlemleri, katman 2'deki güç düzlemleridir.

Bu nedenle, toprağa ilişkili referans güç düzlemi gereklidir. Alt katman için sinyal referansı, katman 5'teki toprak düzlemidir.

Bu yığınlamada, yüksek hızlı sinyallerin alt katmana yönlendirilmesi tercih edilir. Önceki örnekte olduğu gibi, üst katmanda birincil yüksek hızlı yönlendirme katmanının olması isteniyorsa, güç ve toprak katmanları değiştirilebilir.

3. katmandaki sinyaller için referans düzlemleri, 2. ve 5. katmanda bulunur. Aynı referans düzlemleri, 4. katmanda yönlendirilen sinyaller tarafından kullanılır.

Referans düzlemleri, sinyal katmanları 3 ve 4'ten nispeten büyük bir mesafeye sahip katmanlar üzerinde olduğundan, 50Ω ortak bir empedans elde etmek için izlerin çok geniş olması gerekir. Bu nedenle, bu katmanlar yüksek hızlı sinyallerin yönlendirilmesi için uygun değildir.

Bu yığın yaklaşımında, katman 3 ve 4, yalnızca empedans eşleşmesinin gerekli olmadığı düşük hızlı sinyallerin yönlendirilmesi için kullanılabilir.

6 katmanlı PCB için diğer stack-up örnekleri aşağıda verilmiştir;

Altı katmanlı kartların çoğu, dört katman sinyal yönlendirme ve iki düzlemden oluşur. Genellikle, EMC perspektifinden dört katmanlı bir tahta yerine altı katmanlı bir tahta tercih edilir.

Stackup-1 : Bu, nelerin hiç kullanılmayacağının bir örneğidir. Uçaklar herhangi bir koruma sağlamaz ve sinyal katmanları referans düzlemlerinden uzaktır. [obj. 2, 5]

Stackup-2 : Bu, en yaygın altı katmanlı yığınlamadır ve emisyonları kontrol etmede çok etkili olabilir. [obj. 1, 3, 5]

Stackup-3 : Bu, mükemmel performans gösteren yığınlama türevlerinden biridir, ancak asıl sorun, sinyal yönlendirme için daha küçük gayrimenkul (yalnızca iki katman) nedeniyle ortaya çıkar ve çoğu durumda zorlayıcı olabilir. [obj. 1, 2, 3, 4, 5]

Stackup-4 : Bu iyi bir yığınlamadır, ancak toprak ve güç düzlemi arasındaki ayrım, katı bir ayrıştırma için katı bir gereklilik ortaya koyar. Ayrıca, sinyaller, uygun şekilde ele alınması gereken kesişen düzlemlerdir. [obj. 1, 4, 5]

Farklı bir stackup yapısı da aşağıda verilmiştir;

Diğer bir farklı stackup yapısı da aşağıda verilmiştir;

Üst (Katman 1) – Belirtilen durumlar dışında toprak düzlemi ile sinyal.
Katman 2 – Sürekli (solid) toprak düzlemi. Bu katman üzerinde hiçbir sinyal yönlendirilmemelidir.
Katman 3 –Sinyaller
Katman 4 - Sinyaller
Katman 5 – Belirtilen durumlar dışında toprak düzlemlerine sahip güç düzlemleri. Sinyaller, özellikle gömülü MII/RMII veri yolu ve MII/RMII CLK gibi sinyaller için, gerekirse bu katman üzerinde yönlendirilebilir.
Alt (Katman 6) – Belirtilen durumlar dışında toprak düzlemi ile sinyal.
Toprak taşkınlarını ve toprak katmanlarını pratik olarak ayırın. Sinyal izleri güç adası düzlemlerine yeniden referans verildiğinde, toprak düzlemi ile güç düzlemi arasında dekuplaj kapasitörleri (0.01 uF seramik) gereklidir.
Alt katmanda güç adaları üzerinden yönlendirilen sinyal izleri, kısa (doğrudan) dönüş akımı yollarını etkinleştirmek için izin yakınında dekuplaj kapasitörlerine (0.01 uF seramik) sahip olmalıdır.
Sinyal izleri güç adası düzlemlerine yeniden referans verildiğinde, aşağıda Şekil' de gösterildiği gibi toprak düzlemi ile güç düzlemi arasında dekuplaj kapasitörleri (0.01 uF seramik) gereklidir.

Şekil: PCB' lerde kullanılan VIA tipleri

Sekiz Katmanlı Yığın (Stackup) Yapısı

Aşağıdaki Şekil' de; 1.6mm=1600um kalınlığında PCB stackup' a sahip 8 katmanlı bir PCB yapısı verilmiştir.

Üst katmandaki sinyaller katman 2'deki düzleme, alt katmandaki sinyaller katman 7'ye atıfta bulunur.

Sinyal katmanı 3 için referans düzlemler, katman 2'deki toprak düzlemi ve katman 4'teki güç düzlemleridir.

Yüksek hızlı sinyalleri katman 3'e yönlendirirken, güç ve toprak düzlemleri arasına dikiş (stitching) kapasitörlerinin yerleştirilmesi gerekir.

Katman 5 ve 7'deki güç düzlemleri, katman 6'ya yönlendirilen yüksek hızlı sinyaller için referans olarak kullanılır.

İki bitişik zemin düzlemine sahip iç katman (6), en kritik empedans kontrol gereksinimlerine sahip yüksek hızlı sinyallerin yönlendirilmesi için en iyi seçimdir.

İç katmanlar, bitişik toprak düzlemleri tarafından kapsüllendiğinden daha az EMC sorununa neden olur.

Katman 3, bir güç düzlemine atıfta bulunulduğundan, eğer katman 6 zaten doluysa, yüksek hızlı yönlendirme için dış katmanlar 1 ve 8 tercih edilir.

8 katmanlı PCB için diğer stack-up örnekleri aşağıda verilmiştir;

Sekiz katmanlı bir PCB, iki yönlendirme katmanı daha eklemek veya iki düzlem daha ekleyerek EMC performansını artırmak için kullanılabilir.

Sekiz katmanlı bir PCB, altı katmanlı bir PCB' ye göre maliyetindeki yüzde artış, dört ile altı katmana geçişteki yüzde artıştan daha azdır. Bu nedenle gelişmiş EMC performansı için maliyet artışını haklı çıkarmayı kolaylaştırır.

Stackup-1 : Bu yapılandırma tüm hedefleri karşılar. Yüksek hızlı sinyal katmanları değiştirirken, buna bitişik bir toprak geçişi sağlanmalıdır. [obj. 1, 2, 3, 4, 5]

Stackup-2 : Bu yapılandırma, "6 katmanlı PCB' deki Stackup-4' ün" üstüne ve altına iki toprak katmanı ekler. Yaygın olarak kullanılmaz, ancak aynı düzleme bitişik dikey sinyalleri yönlendirme avantajına sahiptir. [obl. 1, 3, 4, 5]

Stackup-3 : Bu konfigürasyon, izleri koruyamama pahasına sıkıca bağlanmış bir güç-toprak düzlemi çiftine sahip olma avantajına sahiptir. [obj. 1, 2, 4, 5]

On Katmanlı Yığın (Stackup) Yapısı

Aşağıdaki Şekil' lerde; 1.6mm=1600um kalınlığında farklı PCB stackup' a sahip 10 katmanlı PCB yapıları verilmiştir.

On İki Katmanlı Yığın (Stackup) Yapısı

Aşağıdaki Şekil' de; 1.6mm=1600um kalınlığında PCB stackup' a sahip 12 katmanlı bir PCB yapısı verilmiştir.

On Dört Katmanlı Yığın (Stackup) Yapısı

Aşağıdaki Şekil' de; 1.6mm=1600um kalınlığında PCB stackup' a sahip 14 katmanlı bir PCB yapısı verilmiştir.

Aşağıdaki Şekil' de; 2mm=2000um kalınlığında PCB stackup' a sahip 14 katmanlı bir PCB yapısı verilmiştir.

On Altı Katmanlı Yığın (Stackup) Yapısı

Aşağıdaki Şekil' de; 2mm=2000um kalınlığında PCB stackup' a sahip 16 katmanlı bir PCB yapısı verilmiştir.

Aşağıdaki Şekil' de; 1.6mm=1600um kalınlığında PCB stackup' a sahip 14 katmanlı bir PCB yapısı verilmiştir.

26-) Tipik Katman Ebatları ve Substrat Kullanımı

Bir Aşağıda tipik katman ebatları verilmiştir;

Aşağıdaki Şekil' deki yığınlar(stackups), 62 mil substratlar için tipik yığınlardır, ancak farklı malzemeleri stoklayabilecekleri için PCB imalatçıları arasında farklılık gösterebilirler. Bu yüzden üreticinizle kontak kurup ilgili substratlar için mutlaka bilgi alınız.

27-) Ulaşılacak Hedefler ve Yüksek Frekansın PCB Üzerindeki Önemi

Bir mühendis, PCB yığınına karar verirken, performansı kat kat artırabilecek 5 altın hedef için çaba göstermelidir.

Sinyal katmanları, bitişik düzlemlerine sıkıca bağlanmalıdır.
Güç ve toprak düzlemleri yakından bağlantılı olmalıdır.
Yüksek hızlı sinyaller gömülü katmanlara yönlendirilmelidir.
Çoklu toprak düzlemi, toprak empedansını daha da düşürmede avantajlıdır.
Mekanik bir bakış açısından, PCB kartının kesiti simetrik olmalıdır.

Genel olarak 8 katman, beş amacın tümünü karşılamak için minimum gereksinimdir, ancak yine de, 4 veya 6 katmanlı PCB' de bile birkaç ödün vererek iyi bir EMC uyumlu tasarım elde edilebilir.

PCB endüstrisinde, 100MHz' in üzerinde çalışan tüm yüksek frekanslı PCB' leri Yüksek Frekanslı (HF) PCB olarak kabul ediyoruz.

Yüksek frekanslı PCB oluşturmak için laminat malzemeleri, dielektrik sabiti (Er), kayıp tanjantı ve CTE (termal genleşme katsayısı) gibi çok özel özelliklere sahiptir, bu laminatlar normal FR-4 malzemesine kıyasla daha gelişmiş kompozitlere sahiptir.

Yüksek frekanslı PCB' ler önce askeri uygulamalarda kullanılmış, daha sonra kablosuz el cihazları gibi tıbbi uygulamalarda ve daha sonra günümüzde baz istasyonları için gelişmiş iletişim sistemleri, radar ve küresel konumlandırma ürünleri gibi endüstriyel uygulamalarda giderek daha popüler hale gelmiştir.

Yüksek Frekanslı PCB' ler çoğu elektroniğin bel kemiğidir. Cep telefonları gibi cihazlardan mikrodalgalara kadar PCB' ler mevcut dolaşımda hayati bir rol oynamaktadır.

Elektroniğin tıp kardeşliğine katkısını küçümseyemezsiniz. Elektronikleri teşhis, izleme ve tedavi cihazlarında bulacaksınız. Bu uygulamalarla bile elektronik uygulamalarda sürekli bir gelişme vardır. Bu uygulamaların temelinde bu Yüksek Frekanslı PCB' leri bulacaksınız. Tasarımları, bunları çeşitli karmaşık tıbbi cihazlarda kullanmanıza izin verir. Çoğu zaman, tıbbi bir cihazın gereksinimlerini karşılamak için küçük bir PCB boyutuna ihtiyacınız olacaktır. Bu nedenle, bu PCB' lerin çoğu, HDI PCB' ler olarak da bilinen yüksek özel yoğunluklu ara bağlantılardır. Bazı tasarımlarda bu PCB' ler, kullanım sırasında esnemelerine izin veren esnek bir taban malzemesine sahip olabilir. Bu, dahili veya harici tıbbi ekipman için hayati önem taşır. Uygulama alanları nedeniyle, bu tür Yüksek Frekanslı PCB' ler, diğer PCB türlerinden daha yüksek standartlara sahip olma eğilimindedir. Tıbbi PCB' leri tasarlarken, mevcut tıbbi standartlara bağlı kalarak güvenilirlik ve dayanıklılıklarına dikkat edilmelidir.

Endüstriyel uygulama, kullanımda Yüksek Frekanslı PCB' leri bulacağınız başka bir ortak alandır. Bu PCB' ler, fabrikalarda ve imalat endüstrilerinde bulabileceğiniz çeşitli elektronik bileşenlerin kontrolüne sahiptir. Sert sıcaklık ve farklı kimyasallar böyle bir ortamda ortak bir faktördür. Bu tür ayarlarda bu PCB' leri kullanırken kalın bakır PCB' leri tercih etmeniz gerekecektir. Bu tür PCB' ler, uygulamalarda ve pil şarj cihazlarında yüksek akım indüksiyonu sağlar. Bu tür uygulamalarda Yüksek Frekanslı PCB' lerin avantajı, yüksek sıcaklığa ve kimyasallara dayanabilmeleridir.

Yüksek Frekanslı PCB' leri gelişmiş iletişim sistemlerinde de bulabilirsiniz. Bu cihazlar, uzaktayken bile sesin net bir şekilde iletilmesini sağlayarak net bir iletişim sağlar. Bu PCB' leri kullanabileceğiniz haberleşme sistemlerinde çeşitli fonksiyonlar bulunmaktadır. Yüksek frekanslı amplifikatörlerin yanı sıra filtreleme cihazlarını içerirler. Ayrıca güçlendirici istasyonlar, frekans panoları, miksaj platformları, alıcılar ve mikrofonlar da bu PCB' leri kullanır. Bu sektörde dayanıklı ve kullanılan makinenin yoğunluğuna uygun hafif, yüksek frekanslı PCB' ler bulacaksınız. Bu Yüksek Frekanslı PCB' lerin tasarımı ve kullanımı, kullandığınız uygulamaya göre değişiklik gösterir.

Radar sistemlerinde, Yüksek Frekanslı PCB' lerin geniş bir kullanımını bulabilirsiniz. Özellikle havacılık ve denizcilik sektörlerinde önemli bir rol oynamaktadırlar. Denizcilik sektöründe, sualtı ve yelken uygulamaları gibi çeşitli uygulamalarda radar sistemlerinin kullanımını bulacaksınız. Denizcilik uygulamalarında, radar sistemleri, gemilerin buzdağları gibi engellerden kaçınmasını sağlamada çok önemli bir nokta olduğunu kanıtlıyor. Gemiler ve denizaltılar, onları düşman gemilerini tespit etmek ve hedeflerini yok etmek için kullanabilirler. Yelkenli gemilerde, bu PCB'leri gemiye güç veren cihazlarda bulacaksınız. Bu PCB'leri kullanırken yapmanız gereken önemli miktarda tasarım vardır. Bunun nedeni, uygulamadaki titreşimlerin yanı sıra basınçtaki değişikliktir. Havacılık endüstrisinde, radar sistemi, uçakları yönlendirmede ve kazaların önlenmesinde yardımcı olur.

Bu tür faktörler arasında bütçeniz, programınız, tasarlamanız gereken miktar ve uymanız gereken uluslararası standartlar yer alır. Bu faktörleri göz önünde bulundurduğunuzda, şimdi devam edebilir ve Yüksek Frekanslı PCB' nizi tasarlayabilirsiniz. Ancak Yüksek Frekanslı bir PCB tasarladığınızı nereden biliyorsunuz?

Üç gösterge bunu belirlemenize yardımcı olacaktır;

Birincisi, PCB' nizin frekansıdır. Çoğu Yüksek Frekanslı PCB, devre performansını etkilemek için 50 MHz'in üzerindeki herhangi bir şeyi kullanır. Ayrıca izleri kontrol edebilirsiniz. Yüksek frekanslı PCB ile uğraşıp ilgilenmediğinizi öğrenmek için PCB izlerinin fiziksel ölçümlerini kontrol edebilirsiniz.
İkincisi, uygulamanızın anahtarlama hızının yükselme süresinin üçte birinin üzerinde bir iziniz olduğunda, yüksek frekanslı bir PCB ile uğraşıyorsunuz demektir.
Son olarak, PCB' nizin birim olarak çalışıp çalışmadığını veya bölümlerin olup olmadığını kontrol etmektir.

PCB' nizin çalışmasında bu bölümler varsa, Yüksek Frekanslı bir PCB' niz var demektir.

28-) Yüksek Frekanslı PCB ' ler İçin Çok katmanlı PCB Tasarım Notlarım:

1) Yüksek Frekanslı Tasarımınızı Planlayın: Gerçek PCB tasarımına başlamadan önce Yüksek Frekanslı PCB' niz için uygun bir tasarıma sahip olmanız gerekir . Bu, aksamalardan kaçınmak veya PCB' nizde beklenmeyen sorunlar yaşamak için önemlidir. Yapmanız gereken, PCB tasarımınız sırasında ihtiyacınız olacaksa bir kontrol listesine sahip olmaktır. Dikkate almanız gereken temel hususlar arasında şunlar yer alır: Alt devre ara bağlantılarının görsel bir temsiline sahip olmanızı içeren sistem organizasyonu.

2) PCB' nizin Sinyal Frekansını Bilin: IC'ler için güç ve voltaj gereksinimlerini ve herhangi bir güç düzlemini bölmeniz gerekip gerekmediğini belgelediğinizden emin olun. Farklı sinyalleri, iz uzunluğunu ve herhangi bir kontrollü empedansı barındırıp barındıramayacağınızı kontrol edin. Bu aşamada üreticiniz, minimum tolerans gereksinimlerinin ne olduğunu anlamanızı sağlamada hayati bir rol oynar. Ayrıca, Yüksek frekanslı sinyallerinizdeki gürültü seviyesini azaltacak bir stratejiniz olması gerekir.

3) Üretim için tüm PCB Yığın Planınızı Hazırlayın: PCB' nizi nasıl tasarlayacağınıza dair bir planınız olduğunda, yığın katmanınız için gereksinimleri belgelemeniz gerekecektir. PCB' lerinizin özelliklerini belirlemek için üreticinize danışabilirsiniz. Bu, PCB' niz için malzemeleri ve belirli kısıtlamaları anlamayı içerir. PCB' niz için FR-4 , Nelco veya Rodgers malzemeleri kullanabilirsiniz. Bir sonraki katmana yerleştirebileceğiniz bir sinyal katmanına sahip olmak gibi yığınınız için başka stratejileriniz olabilir. Bu, verimli bir dönüş yoluna sahip sinyaller sunacaktır. PCB' nizin iç katmanlarında bulunan yüksek frekanslı sinyalleri düzlemler arasında yönlendirmeyi de düşünebilirsiniz. Bu, dışarıdan yaydığı herhangi bir radyasyona karşı koruma sağlayacaktır. Ayrıca, katman yığınınızda birçok toprak düzlemi kullanabilirsiniz. Bunun amacı, radyasyonun devreniz üzerindeki etkisini en aza indiren referans engelinizi azaltmaktır.

4) Kat planlaması: Bu, PCB' nizi mantıksal bölümlere ayırmayı içerir. Dikkate almanız gereken şey, tüm alt devrelerinizi daha büyük bir tasarıma mı yoksa ayrı ayrı mı yerleştirmeniz gerekeceğidir. Burada tabloda belirtilen frekanslardan hangisiyle çalışıyorsak; ona göre tasarım detayları ve stackup düşünülmelidir. Paraziti en aza indirmek için dikkatlice izole etmeniz gereken analog ve dijital bölümleriniz olduğunda bunu çok önemli bulacaksınız. Her şeyin sonunda, devrelerinizin yönünü bilmeniz gerekir.

5) Toprak ve güç Plane lerinizi anlayın: PCB' nizin düzenini tanımladıktan sonra, tasarımınızın ayrıntılarını kontrol etmekte özgürsünüz. Bu, tamamlandığından emin olmak için ihtiyaç duyduğunuz toprak düzlemini anlamayı içerir. Bu, toprak plane lerinizi yönlendirilmiş bir sinyalle bölmemeyi içerebilir. Toprak düzleminde bölünme oluşturmak, EMI ve sinyal zamanlamaları üzerinde etkisi olabilecek boşluğu döndürmeniz gerekeceği anlamına gelir. Toprak düzlemini bölmeniz zorunluysa, sinyal izi boyunca bir direnç eklediğinizden emin olun. Bunun amacı, sinyalinizin dönüş yolunu kolaylaştıracak bir köprüye sahip olmasını sağlamaktır.

6) Arazi modellerinizin boyutunu en aza indirin: Yüksek frekanslı PCB ile fark edeceğiniz bir şey, PCB' lerin geri kalanından daha küçük bir ped lere sahip olmalarıdır. Aslında, PCB' nizin alanını en aza indirmek, kullanışlı bir PCB' ye sahip olmanızı sağlamanın anahtarıdır. Genel bir not olarak, Pad' inizin boyutunu, bileşen pinlerinin boyutunun %0 ile %5'i arasında olacak şekilde koruyabilirsiniz. Diğer PCB' ler, bileşen pinlerinin %30'u kadar kapasiteye sahiptir. Alanı en aza indirmenin çeşitli avantajları vardır. Mekanik gücü en üst düzeye çıkaracak ve parazit kapasitansını azaltacaktır. Ayrıca, alanı azaltarak, diferansiyel çiftler için daha fazla alana ve PCB' niz için yüksek pin sayısı alanına sahip olacaksınız.

7) Yüksek frekanslı sinyallerinizi yönlendirme: Frekans sinyallerinizi yönlendirmenin avantajı, PCB' nizin koruma faydalarını en üst düzeye çıkarmaktır. Olan şu ki, yüksek frekanslı sinyaller kaynaktan hareket ederken yüksek miktarda radyasyon yayacak. Bu, iki farklı sinyal arasında parazite neden olabilir. Bunu önlemek için, birkaç seçeneği gözlemleyerek frekans sinyallerinizi yönlendirebilirsiniz. İlk olarak, herhangi bir sinyal eşleşmesini azaltmak için uzun ve paralel sinyalleri en aza indirmeniz gerekir. Ayrıca sinyal izlerinizin mesafesini en üst düzeye çıkarabilirsiniz. Diğer seçenek, sinyalleri gürültülü olmaları durumunda farklı bir katmana yönlendirmenizi sağlamaktır. Farklı katmanlardaki sinyallerin yönlendirilmesi birbirine dik olmalıdır. Bu, bir sinyal katmanında yatay veya dikey izlere sahip olabileceğiniz anlamına gelir.

8) Verimli bir akım dönüş yoluna sahip olun: Yüksek Frekanslı PCB' nizdeki her sinyal, yol boyunca besleme kaynağında sonlanan kaynaktan başlayan bir rotaya ihtiyaç duyacaktır. Bu yol minimum engel gerektirir. PCB tasarımı ve imalatında önemli bir husustur . Yolun düzgün olduğundan emin olmak için belirli durumlarda via kullanılması gerekebilir. Bu olmadan akım, toprak planınızdaki oyuklara yayılabilir. Bunun etkisi, sinyalin bütünlüğünün kaybına yol açabilmesidir. Akımı kaynağına çevirmek için via kullanıyorsanız, kuplajın sıkı olduğundan emin olmanız gerekir. Bunu yapmak, sinyallerinizin zamanında gelmesini sağlayacaktır. Sinyalinizin kat etmesi gereken mesafeyi azaltmak için, sinyal dönüş yolunuzu sinyale çok yakın yerleştirmeniz gerekir.

ITU (Uluslararası Telekomünikasyon Birliği/The International Telecommunication Union) tanımına göre, Yüksek frekans (HF), 3 ile 30 MHz arasındaki radyo frekansı elektromanyetik dalgalarının (radyo dalgaları/radio waves) aralığıdır. Burada bu tablo vasıtasıyla; stackup açısından, çoklu katman kullanıp kullanılamayacağı için size fikir verebilir.

29-) Güç Hatlarının Stackup' a Etkileri

Bir IC saatli olduğunda ve çıkışları birden fazla iletim hattını çalıştırdığında, çıkışlar hem değişen bir voltaj hem de değişen bir akımdır. Bu değişen çıkışlar için enerji, sistemin güç yapısından gelir. Çoğu tasarımcı ve mühendis tarafından iyi anlaşılan bir konu, IC çıkışlarını sürmek için gereken enerjinin doğrudan güç sisteminin güç kaynağından gelmediğidir.

Güç hattının endüktansı nedeniyle, bir IC'den sadece birkaç inç uzakta olan bir güç kaynağı bile, gereken kısa sürede çıkış geçişlerinin gerçekleşmesi için enerjiyi yeterince hızlı veremez. Bu; elbette, baypas ve dekuplaj kapasitörlerinin devreye girdiği yerdir.

IC'lerin güç pinlerine stratejik olarak uygun boyutta kapasitörler yerleştirerek, hızlı çıkış geçişlerinin gerçekleşmesine izin verecek kadar hızlı bir şekilde IC'lere enerjinin bir kısmını sağlamaya yardımcı olabiliriz. Ne yazık ki, kapasitörlerin sınırlı bir frekans yanıtı vardır, bu da IC'nin çıkışlarını temiz bir şekilde sürmek için gerekli harmonikleri oluşturmak için gereken tüm frekanslarda güç sağlamalarını engeller. Sorunu birleştirmek için, ayırma yollarındaki endüktans boyunca voltaj düşüşleri nedeniyle güç barasında gelişen geçici olaylar, ortak modlu EMI'nin ana kaynaklarıdır.

Peki ne yapıyoruz?

Devremizdeki bir IC'ye, IC'nin yakınındaki güç düzlemlerinin alanı iyi belirlenip çizilmişse; yüksek frekanslı bir kapasitör gibi görünür ve temiz çıkışlar için gereken yüksek frekanslı enerjiyi sağlayarak dekuplaj kapasitörlerin düştüğü yeri alır. Ek olarak, iyi bir güç düzlemi setinin (GND/PWR) endüktansı düşüktür. Bu nedenle gelişen geçici olaylar çok daha düşüktür. Bu da daha düşük ortak mod EMI'sine neden olur.

Elbette güç düzlemlerinin IC güç pinlerine bağlantısı IC pinlerinin hemen yanında olmalı ve yükselme süreleri arttıkça bağlantının IC güç pinlerinin pedlerinde olması gerekecektir.

Plane' lerin ayrılmaya yardımcı olması ve ortak mod EMI'yi kontrol etmeye yardımcı olacak endüktansta yeterince düşük olmaları için çok iyi bir plane seti olmaları gerekir. Çok iyi ne kadar iyi? Bu sorunun cevabı, düzlem ayrımının, düzlemler arasındaki malzemenin ve frekansın bir fonksiyonudur (dolayısıyla IC yükselme süresinin bir fonksiyonu).

Aralarında FR4 bulunan .006 inç aralıklı normal bir plane(düzlem) seti, düzlem alanının inç karesi başına yaklaşık 75 pF kapasitansa sahiptir. Tabii ki, düzlemler birbirine ne kadar yakınsa, kapasitans o kadar yüksek olur.

0.003 inç ile ayrılan normal düzlemler, inç kare başına yaklaşık 150 pF kapasitansa sahiptir. Bu durumların her ikisinde de "normal düzlemler", yollardan gelen delikler ve bileşen uçlarından gelen delikler tarafından bölünen düzlemler anlamına gelir. Sonuçta, gerçek dünyada plane' ler neredeyse hiçbir zaman katı (solid), bozulmamış bakır değildir. PCB alanında via larla veya deliklerle parçalı bir durumda genellikle bulunur.

Günümüzün cihazlarından birkaçının yükselme süreleri 100 ile 300 ps arasındadır. IC'lerin ilerleme hızında, yarının cihazlarının yüksek bir yüzdesi bu aralıkta yükselme sürelerine sahip olacak.

100 ile 300 ps yükselme süresine sahip devrelerde, 3 mil ayırmalı düzlemler bile çoğu durumda muhtemelen yeterli olmayacaktır. Bu senaryoda, FR4 dışındaki dielektrik malzemelerle (çok yüksek geçirgenliğe sahip dielektrik malzemeler) 1 milin altında bir mesafeyle ayrılmış düzlemlere sahip olmak muhtemelen gerekli hale gelecektir. PCB' de seramikler ve seramik yüklü plastikler şu anda bu amaçla kullanılan malzemelerden bazılarıdır.

Yarının muhtemelen yeni malzemeler ve yeni yöntemler getirmesine rağmen, bugünün yaygın olarak görülen 1 ile 3 ns yükselme süreleri ile, aralarında FR4 bulunan bu 3 ile 6 mil ayrılmış düzlemler, genellikle üst düzey harmonikleri ele almak için yeterlidir. Ayrıca; ortak mod EMI' sini önemli ölçüde düşürmek için geçici olayları yeterince düşük tutmanız gerekecektir. Bu makalede tanımlanan PCB yığınları, 3 ile 6 mil arasında bir aralıkta düzlemlerin kullanıldığını varsayacaktır.

30-) Sinyal Dönüş Yollarındaki Süreksizlikler ve Stackup

Optimum baskılı devre kartı yerleşimini belirlemenin anahtarlarından biri, sinyal dönüş akımlarının gerçekte nasıl ve nerede aktığını anlamaktır. Çoğu tasarımcı, yalnızca sinyal akımının nereye aktığını (belli ki sinyal izinde) düşünür ve dönüş akımının izlediği yolu görmezden gelir. Elbette, birçok tasarımcının bu şekilde düşünmesi, EMC mühendislerinin işe alınmasına yardımcı olur.

Yukarıdaki endişeyi gidermek için, iletkenlerde yüksek frekanslı akımların nasıl aktığını anlamamız gerekir.

İlk olarak, en düşük empedans dönüş yolu, doğrudan sinyal izinin altındaki bir düzlemdedir (bunun bir güç veya toprak düzlemi olup olmadığına bakılmaksızın), çünkü bu en düşük endüktans yolunu sağlar. Bu aynı zamanda mümkün olan en küçük akım döngüsü alanını üretir.

İkincisi, "cilt etkisi" nedeniyle yüksek frekanslı akımlar bir iletkene nüfuz edemez ve bu nedenle yüksek frekansta iletkenlerdeki tüm akımlar yüzey akımlarıdır.. Bu etki, 1 oz için 30 MHz üzerindeki tüm frekanslarda meydana gelecektir. PCB'deki bakır katmanlar; bu nedenle, bir PCB'deki bir düzlem gerçekten bir iletken değil iki iletkendir. Düzlemin üst yüzeyinde bir akım olacaktır ve düzlemin alt yüzeyinde farklı bir akım olabilir veya hiç akım olmayabilir.

Mevcut dönüş yolunda süreksizlikler olduğunda büyük bir EMC sorunu oluşur. Bu süreksizlikler, dönüş akımının daha büyük döngülerde akmasına neden olur, bu da karttan gelen radyasyonu artırır ve ayrıca bitişik izler arasındaki karışmayı artırır ve dalga biçimi bozulmasına neden olur.

Ek olarak, sabit empedans PCB'lerinde dönüş yolu süreksizliği, izin karakteristik empedansını değiştirecektir.

31-) 8-16 MHz saat hızında çalışan 4 katmanlı bir PCB' de, üst ve alt sinyal katmanlarında bakır polygon' u olmalı mı?

EMC bakış açısından, GND ile üst ve alt taşma yapmak ve üst ve alt ve dahili yolları birbirine bağlamak için 100 mm2 başına en az bir yol eklemek her zaman iyi bir uygulamadır.

Benim normal yığınım(Stackup);

Üst (TOP)=sinyal + güç + kullanılmayan tüm alana GND.

L1=GND düzlemi,

L2= sinyal + güç + kullanılmayan tüm alana GND,

Alt (BOT)=sinyal + güç + kullanılmayan tüm alana GND.

Önemli olan; tüm GND bakır dökümünü birbirine bağlamak için çok sayıda via koymaktır. GND sağlam ve "güçlü" ise, diğer birçok "kötü" yönlendirmeden kurtulabilirsiniz.

32-) Bir PCB' nin kaç katmanı olabilir?

Ödeyebileceğiniz kadar çok.

Kullanılan katmanların ve laminatların son derece ince olması dışında hiçbir teknoloji sınırı yoktur. Ve maliyet, 10'dan az katmanlar içindir ve genellikle katmanlarla doğrusaldır, ancak çok sayıda katman aldığınızda, yığınlama ile ilgili daha fazla problem yaşarsınız ve muhtemelen verim azalmaya başlar.

Yapabilecekleri veya denemeye istekli oldukları hakkında PCB üreticinizle konuşun! Muhtemelen 20'ye kolayca ulaşabilirsiniz, ancak bunun gerçekten gerekli olup olmadığını görmek için tasarımınıza iyi bir göz atın derim.

Çoğu tasarım için 6 ile 8'in makul bir sayı olduğunu söyleyebilirim, bundan daha fazlasına ihtiyaç duymak için gerçekten egzotik nedenleriniz veya çok kritik kontrollü empedans yollarınız olsa iyi olur.

33-) Sonuç

Yayılan EMI'yi gerçekten kontrol etmek için, bir devre içinde üretilen elektrik alanlarını ve manyetik alanları içermek esastır. Bu alanları kontrol etmek ve içermek, bunların nasıl ortaya çıktığını anlamayı gerektirir.

Her giden akım için eşit fakat zıt kutuplu bir dönüş akımı vardır. Tüm devre akımları çiftler halinde hareket eder. Her zaman hem voltajı hem de akımı çiftler halinde düşünün ve hem ileri hem de geri dönüş yolu sağlayın. Bu yol çiftinin kapasitansı yüksek ve endüktansı düşük olmalıdır.

Bir ileri sinyal ile dönüş yolu arasındaki yüksek kapasitans, elektrik alanının iyi bir şekilde muhafaza edilmesi anlamına gelir. Çiftin düşük endüktansı, iyi akı iptali, dolayısıyla manyetik alanın iyi kontrolü veya muhafazası anlamına gelir.

Bir devre kartında, bu yüksek kapasitans/düşük endüktans ortamı, ideal olarak, hem elektrik hem de manyetik alanları tamamen içeren bir ileri akım geri dönüş akımıyla tamamen çevrelendiğinde oluşturulur. İdeal bir ayar, ileri yol ile dönüş yolu arasında da dengeli bir empedansa sahip olacaktır.

Nasıl ki kablolamada; sinyal yönlendirme açısından, yolları dengelemek ve alanları tamamen içermek için tüm sinyalleri bükümlü, blendajlı çift kablolarda çalıştırmamız gerekmektedir. Koaksiyel kablolar, ileri ve geri dönüş yolları arasında ideal bir dengeye sahip değildir, ancak düzgün bağlandıklarında alanların tam olarak muhafaza edilmesini sağlarlar. Tabii ki, bu bir baskılı devre kartında pratik değildir. Bir devre kartındaki çok hassas sinyaller, bireysel olarak, sözde bükümlü çift şeklinde yönlendirilebilir, ancak bu, çok fazla çaba gerektirir ve tüm sinyaller için pratik bir çözüm değildir.

Bir devre kartında, her iki tarafında geniş bir toprak izi olan iki toprak katmanı arasında bir sinyalin ortalanması ve toprak katmanları ile geniş toprak izlerinin her 1/20 dalga boyunda bir viyalarla bağlanmasıyla koaksiyele çok benzeyen bir yapı oluşturulabilir.

Devre kartları tasarlayan tasarımcıların ve mühendislerin büyük çoğunluğu, kör veya gömülü via' lara sahip olmayan geleneksel .062 inç kalınlığındaki kartlar kullandığından, bu makalede tartışılan tüm kart yığınları bu koşulları varsaymaktadır.

Önerilen yığınlardan bazıları, kalınlıkları çok farklı olan levhalar için ideal olmayabilir. Aynı şekilde, perdelerde kullanılan ve/veya tahtalarla gömülü olan fabrikasyon teknikleri nedeniyle, bu yığınlar orada da çalışmayabilir.

Kalınlıktan bağımsız olarak, teknoloji veya katman sayısı aracılığıyla, güç barasının baypas edilmesine/ayırılmasına yardımcı olacak, düzlemlerdeki voltaj geçişlerini en aza indirecek ve hem sinyallerin hem de gücün elektrik ve manyetik alanlarını içerecek şekilde kart yığınını planlayın. İdeal olarak bu, izlerin bir dönüş yolundan bir dielektrik katman uzağa yönlendirilmesi gerektiği ve düzlem çiftinin (veya düzlem çiftlerinin) çok sıkı aralıklı olması gerektiği anlamına gelir.

Buradaki temel kavramları takip etmek, her zaman istenen hedefleri karşılayan bir PCB pano oluşturmanıza olanak sağlayacaktır. IC yükselme süreleri zaten çok hızlı ve daha hızlı hale geldiğinden, bu teknikler EMI içerme ihtiyacını karşılamak için gerekli hale geldi.

KALIN SAĞLICAKLA...

"Cihaz ve Sistem Geliştirmede EMC Tasarımı" Eğitimimize Katılın...

100' e yakın şirkete verdiğimiz eğitimimiz hakkında ayrıntılı teknik bilgi için lütfen tıklayınız...Eğitim faaliyetlerimize katılımlara ait görsellere bakmak için tıklayınız.

Eğitimimiz, birkaç ekip üyesinin ustalaştığı zorlu matematik olmadan EMC fiziğini öğretir.

Eğitimimiz, ileri düzey matematiği anlamaya veya Maxwell denklemlerini üç uzayda çözme yeteneğine bağlı olmadığından, tüm geliştirme ekibine EMC' yi gerçekten bir ekip çalışması haline getirmeyi öğretebiliriz.

Eğitime ait katılımlar ve görseller için yandaki linke tıklayınız; Eğitime ait görseller...

Eğitime ait ayrıntılar için yandaki linke tıklayınız; Eğitime ait tüm bilgiler...

Eğitime kayıt yaptırmak için yandaki linke tıklayınız; Eğitime KAYIT...

Eğitimi veren Ahmet Turan Algın hakkında bilgi için tıklayınız; Ahmet Turan Algın kimdir?...

Ülkemizde teorik ve pratik EMI / EMC eğitimini bir arada veren İLK ve TEK eğitimde; sınırlı sayıda kontenjan için bir an önce yerinizi ayırınız.

Askeri sistemlerle ilgili diğer tüm donanım deneyimlerimi paylaştığım BLOG’ umda yer alan diğer tüm yazılarıma yandaki linke "Ahmet Turan Algın BLOG" tıklayarak veya ana menüden BLOG' a tıklayarak ulaşabilirsiniz.

"Cihaz ve Sistem Geliştirmede EMC Tasarımı" Eğitimimize Katılın... 100' e yakın şirkete verdiğimiz eğitimimiz hakkında ayrıntılı teknik bilgi için lütfen tıklayınız... Eğitim faaliyetlerimize katılımlara ait görsellere bakmak için tıklayınız.

​

Ülkemizde teorik ve pratik EMI / EMC eğitimini bir arada veren ilk ve tek eğitimde; sınırlı sayıda kontenjan için bir an önce yerinizi ayırınız.

PCB TASARIMINDA KATMAN SEÇİMİ VE STACKUP TASARIMI:

1-) Amaç

2-) Giriş

3-) PCB Tasarımına Giriş?

Sinyal bütünlüğü

Karışma (Crosstalk)

Elektromanyetik Girişim (EMI: Electromagnetic Interference)

Üretim Maliyetleri

4-) Tek katmanlı bir PCB için temel kurallar nelerdir?

5-) Neden tek katmanlı PCB yerine çok katmanlı PCB yapıyoruz?

6-) PCB ile ilgili katmanlar nelerdir?

7-) PCB' nin çoklu katmanları nelerdir?

8-) Katmanlar Ne İçin Kullanılır?

9-) PCB' deki çoklu katmanların amacı nedir? Ne için gereklidirler?

10-) Parça Boşluğunu ve Bileşen Aralığını Azaltmak için Çok Katmanlı PCB' ye Geçiş

11-) 2 katmanlı PCB veya 4 katmanlı PCB' yi ne zaman seçmeliyim?

Şekil: Yukarıda gösterildiği gibi, yüksek frekanslı dönüş akımı, sinyal yoluna yakın bir rotayı tercih eder.

Şekil: Yukarıda gösterildiği gibi, sinyal dönüş akımı, sinyal yoluna yakın bir rotayı tercih eder.

Şekil: Yukarıda gösterildiği gibi, farklı sinyal dönüş akımlarından etkilenmemek için, sinyaller için dik olan bir rotayı tercih etmelisiniz.

12-) 2 Katmanlı PCB ve 4 Katmanlı PCB Arasındaki Fark Nedir?

13-) 2 katmanlı PCB vs. 4 katmanlı PCB' ler: Avantajlar ve Dezavantajlar

14-) 2 Katmandan 4 Katmana Geçmenin Avantajları

15-) Baskı devre kartında güç düzlemi, toprak düzlemi ve sinyal katmanı nedir?

16-) Toprak düzlemi (GND Layer / GND Plane) olmadan PCB yapabilir miyim?

17-) PCB' de iç ve dış katmanlar ne anlama geliyor?

18-) 4 katmanlı bir PCB' nin yapamayacağı 8 katmanlı bir PCB nedir?

​

19-) Neden GND/PWR düzlemlerine ihtiyacımız var?

20-) Çok katmanlı bir PCB' yi çizerken; güç, toprak veya sinyaller için çeşitli katmanları seçmenin avantajları ve dezavantajları nelerdir?

​

21-) PCB Yığın (Stackup) Tasarımına Bakış Açımız

​

​

22-) Katman Sayısını Matematiksel Olarak Belirleme

23-) PCB Yığınlama(Stackup) Prensibi

24-) GND Katmanlarını (Planes) Oluşturarak Başlayın

25-) STACKUP YAPILARI

Dört Katmanlı Yığın (Stackup) Yapısı

4 katmanlı PCB için diğer stack-up örnekleri aşağıda verilmiştir;

Şekil-A

Şekil-A ve Şekil-B'den devşirilerek geliştirilmiş Stackup yöntemleri aşağıda Şekil-C ve Şekil-D' de verilmiştir. Bu yapıların kart performansını nasıl iyileştirebileceğini göreceğiz.

Şekil-C

Altı Katmanlı Yığın (Stackup) Yapısı

6 katmanlı PCB için diğer stack-up örnekleri aşağıda verilmiştir; Altı katmanlı kartların çoğu, dört katman sinyal yönlendirme ve iki düzlemden oluşur. Genellikle, EMC perspektifinden dört katmanlı bir tahta yerine altı katmanlı bir tahta tercih edilir.

Diğer bir farklı stackup yapısı da aşağıda verilmiştir;

Üst (Katman 1) – Belirtilen durumlar dışında toprak düzlemi ile sinyal.

Katman 2 – Sürekli (solid) toprak düzlemi. Bu katman üzerinde hiçbir sinyal yönlendirilmemelidir.

Katman 3 –Sinyaller

Katman 4 - Sinyaller

Katman 5 – Belirtilen durumlar dışında toprak düzlemlerine sahip güç düzlemleri. Sinyaller, özellikle gömülü MII/RMII veri yolu ve MII/RMII CLK gibi sinyaller için, gerekirse bu katman üzerinde yönlendirilebilir.

Alt (Katman 6) – Belirtilen durumlar dışında toprak düzlemi ile sinyal.

Toprak taşkınlarını ve toprak katmanlarını pratik olarak ayırın. Sinyal izleri güç adası düzlemlerine yeniden referans verildiğinde, toprak düzlemi ile güç düzlemi arasında dekuplaj kapasitörleri (0.01 uF seramik) gereklidir.

Alt katmanda güç adaları üzerinden yönlendirilen sinyal izleri, kısa (doğrudan) dönüş akımı yollarını etkinleştirmek için izin yakınında dekuplaj kapasitörlerine (0.01 uF seramik) sahip olmalıdır.

Sinyal izleri güç adası düzlemlerine yeniden referans verildiğinde, aşağıda Şekil' de gösterildiği gibi toprak düzlemi ile güç düzlemi arasında dekuplaj kapasitörleri (0.01 uF seramik) gereklidir.

Şekil: PCB' lerde kullanılan VIA tipleri

​

Sekiz Katmanlı Yığın (Stackup) Yapısı

On Katmanlı Yığın (Stackup) Yapısı

On İki Katmanlı Yığın (Stackup) Yapısı

On Dört Katmanlı Yığın (Stackup) Yapısı

Aşağıdaki Şekil' de; 2mm=2000um kalınlığında PCB stackup' a sahip 14 katmanlı bir PCB yapısı verilmiştir.

On Altı Katmanlı Yığın (Stackup) Yapısı

Aşağıdaki Şekil' de; 1.6mm=1600um kalınlığında PCB stackup' a sahip 14 katmanlı bir PCB yapısı verilmiştir.

26-) Tipik Katman Ebatları ve Substrat Kullanımı

27-) Ulaşılacak Hedefler ve Yüksek Frekansın PCB Üzerindeki Önemi

28-) Yüksek Frekanslı PCB ' ler İçin Çok katmanlı PCB Tasarım Notlarım:

​

29-) Güç Hatlarının Stackup' a Etkileri

30-) Sinyal Dönüş Yollarındaki Süreksizlikler ve Stackup

31-) 8-16 MHz saat hızında çalışan 4 katmanlı bir PCB' de, üst ve alt sinyal katmanlarında bakır polygon' u olmalı mı?

32-) Bir PCB' nin kaç katmanı olabilir?

33-) Sonuç

"Cihaz ve Sistem Geliştirmede EMC Tasarımı" Eğitimimize Katılın...

100' e yakın şirkete verdiğimiz eğitimimiz hakkında ayrıntılı teknik bilgi için lütfen tıklayınız...Eğitim faaliyetlerimize katılımlara ait görsellere bakmak için tıklayınız.

​Eğitime ait katılımlar ve görseller için yandaki linke tıklayınız; Eğitime ait görseller...

Eğitime ait ayrıntılar için yandaki linke tıklayınız; Eğitime ait tüm bilgiler...

Eğitime kayıt yaptırmak için yandaki linke tıklayınız; Eğitime KAYIT...

"Cihaz ve Sistem Geliştirmede EMC Tasarımı" Eğitimimize Katılın...
100' e yakın şirkete verdiğimiz eğitimimiz hakkında ayrıntılı teknik bilgi için lütfen tıklayınız...
Eğitim faaliyetlerimize katılımlara ait görsellere bakmak için tıklayınız.

6 katmanlı PCB için diğer stack-up örnekleri aşağıda verilmiştir;

Altı katmanlı kartların çoğu, dört katman sinyal yönlendirme ve iki düzlemden oluşur. Genellikle, EMC perspektifinden dört katmanlı bir tahta yerine altı katmanlı bir tahta tercih edilir.

Eğitime ait katılımlar ve görseller için yandaki linke tıklayınız; Eğitime ait görseller...