PCB Layout Şase Ground Tasarımı

Şükran Merhaba,

Öncelikle işlerimin yoğunluğundan dolayı geciken cevabım için özür beyan ediyorum.

Belirtmiş olduğun konuyu hatırlarsan; "Cihaz ve Sistem Geliştirmede EMC Tasarımı" Eğitimimizde de ayrıntılı bir şekilde ele almıştım. Fakat burada biraz daha bilgilendirme ihtiyacı hissettim.

Doğal olarak, pratik PCB tasarımları için bileşen Ayak İzleri ve PCB izleri, üst GND düzleminde elektromanyetik enerjinin girebileceği açıklıklar oluşturur. Burada PCB kenarlarında "çitli via hattı" veya "Dikiş yolu" yapılmasının üç nedeni vardır.

1) Baskın sebep EMI' yi azaltmaktır. PCB' niz için küçük bir Faraday kafesi olarak düşünün.

2) ESD nedenleriyle. İyi PCB tasarımı, PCB’ nizin çevresinde bir topraklama halkası olmasını gerektirir. PCB’ ler kenarlarından tutulur ve kenarda bir halka olması nedeniyle olası ESD olayları sağlam bir GND’ ye veya toprağa (Earth) dökülür, devreler etrafında ve gitmek istediği yere iletilir. Bu ray/halka bir kez kullanıldığında, herhangi bir ESD olayını PCB kenarına ve uzağa konnektörlere taşımaya da yardımcı olur. Her iki tarafta ve kenarda toprak olması, bir halkanın daha eksiksiz bir versiyonudur ve ayrıca direnci azaltır.

3) Mekanik nedenler. Bu via geçişleri PCB’ yi sertleştirir. Dikkat edin! "Onu güçlendirir." demedim. Bir PCB’ yi esnettiğinizde, genellikle katmanlar arasındaki kayma düzlemleri virajları/kenarları ayırır ve bağlantı kopmalarına neden olur. PCB’ nin içerine birçok Via eklemek, PCB’ yi çok iyi zayıflatabilir (nihai dayanımında, her tasarımı ayrı ayrı değerlendirmeniz gerekir). Ancak yaptığı şey, PCB’ yi daha az esnek hale getirmektir. Yani; daha sert. Bu, taşıma sırasında tüm kartın esnemesini ve özellikle zayıf kullanımı (bir kartı tek elle bir kenardan kaldırma) önler ve stresi kritik geçişlerin (veya en azından fazlalıkların) olmadığı kenara taşır ve esnemeyi önler.

Öncelikle PCB çiziminde en çok sorulan sorulardan birisine değindiğiniz için teşekkür etmek istiyorum. PCB çiziminde stackup, katman sayısı, diferansiyel hatlar, saat hatları vb. ne kadar önemliyse; PCB’ nin kutu yüzeyine yakınlığı da o kadar önemlidir. Birinci olarak bu konuya dikkat edilmelidir(Alttaki resim).

PCB, şasisine ne kadar yakınsa, aralarındaki bağların empedansı o kadar düşük olur. İndüktans, uzunlukla doğrusal olarak ölçeklenir, bu nedenle PCB' nin şasiden boşluğunu yarıya indirmek, bağların uzunluğunun yarıya indirip, kısmi endüktansı yarıya indirecektir.

PCB-şasi bağlarındaki azaltılmışendüktans, genel transferempedansı için faydalarasahiptir ve CMakımlarının PCB'ye daha hızlıgeri dönmesine yardımcıolarak emisyonları vebağışıklığı iyileştirir.

Tabiki yukarıda verilen resimde yarı mamül PCB kartın kutu yüzeyine nasıl bağlanacağı gösterilmemiştir. İşte bu noktada; sizin vermiş olduğunuz resimdeki gibi yerine göre açıklık bırakılan, bazen de tam kapalı olan PCB kenarı kapatma işlemlerini genellikle yapıyoruz (Alttaki şekil).

Burada dikkat edilmesi gereken kısım sizin uygulamanızın niteliğidir. Örneğin; çok yoğun bir şekilde yüksek frekans hatları içeren bir PCB kartı tasarlamışsanız, tamamen kapalı bir yapı kullanmanız gerekecektir.

Bunun birkaç sebebi olabilir;

- İlk olarak; Yayılan(radiated) EMC testlerinde; çevrenizden EMI gürültü almamanız veya gürültü yaymamanız için ilgili PCB alanını veya PCB’ nin tamamı kapalı yapılıp, üzeri EMI’ yı absorbe edebilen özel kaplamalı çerçevelerle kapatmak gerekebilir.

- İkinci olarak; RF devresi tasarlıyorsanız yine PCB üzerinde bazı bölmelerin birbiriyle etkilenmemesi için yine emi çerçeveler kullanılacağı için kapalı döngü kullanılabilir.

- Üçüncü olarak; özellikle otomotiv ve aviyonik cihazlarda, şok ve titreşim önemli bir parametre olduğundan, PCB kenarlarına wedgelock dediğimiz mekanik malzemeler kullanılarak PCB tamamen kapalı bir kutu şekli verdirilebilir. Yine bu durumlarda tamamen kapalı bir PCB kenarı düşünülebilir. (Alttaki Şekil).

İşte tam bu noktada askeri bir proje yürütüyorsanız; EMC konusunun öngörülemeyen bir parametre olduğunu da eğitimlerimizde anlamışsınızdır sanırım.

Tamamen kapalı yapmak; opsiyonel olarak, olumsuz emc testleri sonrasında, büyük değişiklikler yapmanıza gerek olmadan size bazı opsiyonlar sunacaktır. Bu durumdan dolayı tamamen kapalı yapmak daha avantajlı olacaktır.

Muhafaza(kutu) koruma(shielding), bir PCB üzerinde bulunan bireysel IC'ler arasındaki girişimin azaltılmasına yardımcı olmazken, PCB düzeyinde koruma, bireysel IC'ler arasındaki girişimin azaltılmasına yardımcı olur.

Pratik/maliyet-verimlilik seviyesinden, tipik kasa koruma teknolojisi, daha yüksek (GHz) frekanslarda önemli zayıflama performansı sağlayamazken, PCB seviyesinde koruma bu performansı sağlar.

Ekranlamanın (shielding) PCB seviyesinde etkin kullanımı sayesinde daha yüksek seviyelerde ekranlamanın maliyeti ve ağırlığı en aza indirilir. Bu sayede; PCB düzeyinde duyarlılık açısından bakıldığında, sürekli küçülen silikon özellikleri, daha hızlı yükselme süreleri ve daha düşük gürültü marjları ile modern IC' ler, yalnızca koruma kullanılarak, genellikle içinde çalışmaları gereken gürültülü atmosferde güvenilir bir şekilde çalışacak şekilde yapılabilir.

Ürünlere kasıtlı olarak gürültülü kablosuz iletişim modüllerinin entegrasyonu, yakın mesafede bulunan diğer hassas analog ve dijital bileşenlerde zararlı çıkarımlara neden olabilir. Bu gürültü, PCB düzeyinde koruma kullanılarak yukarıdaki yöntemlerle azaltılabilir.

Sonuç olarak; İster bir cep telefonu, tablet, taşınabilir bilgisayar veya başka bir elektronik ürün tasarlıyor olun, PCB düzeyinde korumaya ek olarak iyi bir PCB düzeni, EMI' yi minimumda tutmak için kritik öneme sahiptir.

Umarım soruna cevap verebilmişimdir.

Meslek hayatında başarılar diliyorum...

A. Turan ALGIN