Prije projektovanja višeslojna PCB ploče, dizajner prvo treba odrediti strukturu ploče koja se koristi u skladu sa skalom kola, veličinom ploče i zahtjevima za elektromagnetsku kompatibilnost (EMC), odnosno odlučiti hoće li koristiti 4 sloja, 6 slojeva ili Više slojeva ploča . Nakon određivanja broja slojeva, odredite gdje postaviti unutrašnje električne slojeve i kako distribuirati različite signale na tim slojevima. Ovo je izbor višeslojne PCB strukture.

Laminirana struktura je važan faktor koji utiče na EMC performanse PCB ploča, a takođe je važno sredstvo za suzbijanje elektromagnetnih smetnji. Ovaj članak predstavlja relevantan sadržaj višeslojne strukture višeslojne PCB ploče.

Nakon određivanja broja slojeva snage, zemlje i signala, njihov relativni raspored je tema koju svaki PCB inženjer ne može izbjeći;

Opšti princip rasporeda slojeva:

1. Da bi se odredila laminirana struktura višeslojne PCB ploče, potrebno je uzeti u obzir više faktora. Iz perspektive ožičenja, što je više slojeva, to je bolje ožičenje, ali će se povećati i cijena i poteškoća u proizvodnji ploča. Za proizvođače, da li je laminirana struktura simetrična ili ne je fokus na koji treba obratiti pažnju kada se proizvode PCB ploče, tako da izbor broja slojeva treba uzeti u obzir potrebe svih aspekata kako bi se postigao najbolji balans. Za iskusne dizajnere, nakon završetka prethodnog rasporeda komponenti, fokusirat će se na analizu uskog grla ožičenja PCB-a. Kombinirajte s drugim EDA alatima za analizu gustine ožičenja na ploči; zatim sintetizirati broj i tipove signalnih linija sa posebnim zahtjevima za ožičenje, kao što su diferencijalne linije, osjetljive signalne linije, itd., kako bi se odredio broj slojeva signala; zatim prema vrsti napajanja, izolaciji i zaštiti od smetnji Zahtevi za određivanje broja unutrašnjih električnih slojeva. Na taj način se u osnovi određuje broj slojeva cijele ploče.

2. Dno površine komponente (drugi sloj) je uzemljena ravnina, koja obezbeđuje zaštitni sloj uređaja i referentnu ravninu za gornje ožičenje; osetljivi sloj signala treba da bude u blizini unutrašnjeg električnog sloja (unutrašnji sloj napajanja/uzemljenja), koristeći veliki unutrašnji električni sloj Bakarni film da obezbedi zaštitu za signalni sloj. Sloj za prijenos signala velike brzine u krugu trebao bi biti međusloj signala i u sendviču između dva unutrašnja električna sloja. Na taj način, bakarni film dvaju unutrašnjih električnih slojeva može osigurati elektromagnetsku zaštitu za prijenos signala velike brzine, a u isto vrijeme može efikasno ograničiti zračenje brzog signala između dva unutrašnja električna sloja bez izazivanja spoljašnje smetnje.

3. Svi slojevi signala su što je moguće bliže zemljinoj ravni;

4. Pokušajte izbjeći dva sloja signala koji su direktno jedan uz drugi; lako je uvesti preslušavanje između susjednih slojeva signala, što rezultira kvarom funkcije kola. Dodavanje uzemljenja između dva sloja signala može efikasno izbjeći preslušavanje.

5. Glavni izvor napajanja je što je moguće bliže njemu;

6. Uzmite u obzir simetriju lamelirane strukture.

7. Što se tiče rasporeda slojeva matične ploče, postojeće matične ploče teško mogu kontrolisati paralelno ožičenje na daljinu. Za radnu frekvenciju na nivou ploče iznad 50MHZ (pogledajte situaciju ispod 50MHZ, molimo Vas da se opustite na odgovarajući način), preporučljivo je urediti princip:

Površina komponente i površina zavarivanja su potpuna uzemljena ploča (štit); Nema susjednih paralelnih slojeva ožičenja; Svi signalni slojevi su što je moguće bliže ravni uzemljenja;

Ključni signal je u blizini zemlje i ne prelazi pregradu.

Napomena: Prilikom postavljanja specifičnih slojeva PCB-a, potrebno je fleksibilno ovladati gornjim principima. Na osnovu razumijevanja gornjih principa, u skladu sa stvarnim zahtjevima jedne ploče, kao što su: da li je potreban sloj ožičenja ključa, napajanje, podjela zemaljske ravni, itd. , Odredite raspored slojeva i ne t jednostavno kopirajte tupo, ili ga držite.

8. Višestruki uzemljeni unutrašnji električni slojevi mogu efikasno smanjiti impedanciju uzemljenja. Na primjer, sloj signala A i sloj signala B koriste odvojene uzemljene ravni, koje mogu efikasno smanjiti smetnje zajedničkog moda.

Uobičajena slojevita struktura: 4-slojna ploča

U nastavku se koristi primjer 4-slojne ploče kako bi se ilustrovalo kako optimizirati raspored i kombinaciju različitih laminiranih struktura.

Za najčešće korištene 4-slojne ploče postoje sljedeće metode slaganja (od vrha do dna).

(1) Siganl_1 (gornji), GND (unutrašnji_1), POWER (unutrašnji_2), Siganl_2 (donji).

(2) Siganl_1 (gornji), POWER (unutrašnji_1), GND (unutrašnji_2), Siganl_2 (donji).

(3) POWER (vrh), Siganl_1 (Unutrašnji_1), GND (Unutrašnji_2), Siganl_2 (Donji).

Očigledno, Opciji 3 nedostaje efektivna sprega između sloja snage i sloja zemlje i ne bi je trebalo usvojiti.

Kako onda odabrati opcije 1 i 2?

U normalnim okolnostima, dizajneri će izabrati opciju 1 kao strukturu 4-slojne ploče. Razlog za izbor nije taj što se opcija 2 ne može usvojiti, već što opća PCB ploča postavlja komponente samo na gornji sloj, pa je prikladnije usvojiti opciju 1.

Ali kada komponente treba postaviti i na gornji i na donji sloj, a debljina dielektrika između unutrašnjeg sloja snage i sloja zemlje je velika i spoj je loš, potrebno je razmotriti koji sloj ima manje signalnih linija. Za opciju 1, ima manje signalnih linija na donjem sloju, a bakarni film velike površine može se koristiti za spajanje sa POWER slojem; naprotiv, ako su komponente uglavnom raspoređene na donjem sloju, za izradu ploče treba koristiti opciju 2.

Ako se usvoji laminirana struktura, energetski sloj i temeljni sloj su već spojeni. S obzirom na zahtjeve simetrije, shema 1 je općenito usvojena.

6-slojna ploča

Nakon završene analize laminirane strukture 4-slojne ploče, u nastavku se koristi primjer kombinacije 6-slojnih ploča kako bi se ilustrovao raspored i kombinacija 6-slojne ploče i preferirane metode.

(1) Siganl_1 (Vrh), GND (Unutrašnji_1), Siganl_2 (Unutrašnji_2), Siganl_3 (Unutrašnji_3), snaga (Unutrašnji_4), Siganl_4 (Donji).

Rješenje 1 koristi 4 signalna sloja i 2 interna power/ground sloja, sa više slojeva signala, što pogoduje radu ožičenja između komponenti, ali su i nedostaci ovog rješenja očigledniji, koji se manifestuju u sljedeća dva aspekta:

① Ravan napajanja i zemlja uzemljenja su udaljeni jedan od drugog i nisu dovoljno povezani.

② Sloj signala Siganl_2 (Inner_2) i Siganl_3 (Inner_3) su direktno susjedni, tako da izolacija signala nije dobra i lako dolazi do preslušavanja.

(2) Siganl_1 (Vrh), Siganl_2 (Unutrašnji_1), POWER (Unutrašnji_2), GND (Unutrašnji_3), Siganl_3 (Unutrašnji_4), Siganl_4 (Donji).

Šema 2 U poređenju sa šemom 1, sloj snage i uzemljena ploča su u potpunosti povezani, što ima određene prednosti u odnosu na shemu 1, ali

Siganl_1 (gornji) i Siganl_2 (unutrašnji_1) i Siganl_3 (unutrašnji_4) i Siganl_4 (donji) slojevi signala su direktno jedni uz druge. Izolacija signala nije dobra, a problem preslušavanja nije riješen.

(3) Siganl_1 (Vrh), GND (Unutrašnji_1), Siganl_2 (Unutrašnji_2), POWER (Unutrašnji_3), GND (Unutrašnji_4), Siganl_3 (Donji).

U poređenju sa šemom 1 i šemom 2, šema 3 ima jedan signalni sloj manje i jedan unutrašnji električni sloj više. Iako su slojevi dostupni za ožičenje smanjeni, ova shema rješava uobičajene nedostatke sheme 1 i sheme 2.

① Rana napajanja i ravnina uzemljenja su čvrsto spojeni.

② Svaki sloj signala je direktno u blizini unutrašnjeg električnog sloja, i efektivno je izolovan od drugih slojeva signala, i nije lako doći do preslušavanja.

③ Siganl_2 (Inner_2) je u blizini dva unutrašnja električna sloja GND (Inner_1) i POWER (Inner_3), koji se mogu koristiti za prenos signala velike brzine. Dva unutrašnja električna sloja mogu efikasno zaštititi smetnje iz vanjskog svijeta u sloj Siganl_2 (Inner_2) i smetnje od Siganl_2 (Inner_2) prema vanjskom svijetu.

U svim aspektima, shema 3 je očigledno najoptimiziranija. U isto vrijeme, shema 3 je također uobičajena laminirana struktura za 6-slojne ploče. Analizom gornja dva primjera, vjerujem da čitalac ima određeno razumijevanje kaskadne strukture, ali u nekim slučajevima određena shema ne može ispuniti sve zahtjeve, što zahtijeva razmatranje prioriteta različitih principa dizajna. Nažalost, zbog činjenice da je dizajn sloja ploče usko povezan sa karakteristikama stvarnog kola, performanse protiv smetnji i fokus dizajna različitih kola su različiti, tako da u stvari ovi principi nemaju određeni prioritet za referencu. Ali ono što je sigurno je da princip dizajna 2 (unutarnji sloj napajanja i sloj zemlje trebaju biti čvrsto povezani) mora biti zadovoljen prvo u dizajnu, a ako se signali velike brzine trebaju prenijeti u krug, onda princip dizajna 3 (sloj za prijenos signala velike brzine u krugu) Trebao bi biti srednji sloj signala i uklješten između dva unutrašnja električna sloja) mora biti zadovoljen.

10-slojna ploča

PCB tipičan dizajn 10-slojne ploče

Opšti redosled ožičenja je GOR–GND—signalni sloj—naponski sloj—GND—signalni sloj—naponski sloj—signalni sloj—GND—DONJE

Sam redoslijed ožičenja nije nužno fiksiran, ali postoje neki standardi i principi koji ga ograničavaju: Na primjer, susjedni slojevi gornjeg i donjeg sloja koriste GND kako bi osigurali EMC karakteristike jedne ploče; na primjer, svaki sloj signala poželjno koristi GND sloj kao referentnu ravninu; napajanje koje se koristi u cijeloj jednoj ploči poželjno je položeno na cijeli komad bakra; osjetljivi, brzi i preferirani da idu duž unutrašnjeg sloja skoka, itd.