Principi de disseny de la capa de disseny laminat PCB i estructura laminada comuna

Abans de dissenyar PCB multicapa placa, el dissenyador ha de determinar primer l’estructura de la placa de circuit utilitzada segons l’escala del circuit, la mida de la placa de circuit i els requisits de compatibilitat electromagnètica (EMC), és a dir, decidir si s’utilitza 4 capes, 6 capes o més capes de plaques de circuit. . Després de determinar el nombre de capes, determineu on col·locar les capes elèctriques internes i com distribuir els diferents senyals en aquestes capes. Aquesta és l’elecció de l’estructura de pila de PCB multicapa.

ipcb

L’estructura laminat és un factor important que afecta el rendiment EMC de les plaques PCB i també és un mitjà important per suprimir les interferències electromagnètiques. Aquest article presenta el contingut rellevant de l’estructura de la pila de plaques PCB multicapa.

Després de determinar el nombre de capes de potència, terra i senyal, la seva disposició relativa és un tema que tots els enginyers de PCB no poden evitar;

El principi general de la disposició de capes:

1. Per determinar l’estructura laminada d’una placa PCB multicapa, cal tenir en compte més factors. Des de la perspectiva del cablejat, com més capes, millor serà el cablejat, però també augmentarà el cost i la dificultat de la fabricació de la placa. Per als fabricants, si l’estructura laminat és simètrica o no és el focus al qual cal prestar atenció quan es fabriquen les plaques de PCB, de manera que l’elecció del nombre de capes ha de tenir en compte les necessitats de tots els aspectes per aconseguir el millor equilibri. Per als dissenyadors experimentats, després de completar el disseny previ dels components, es centraran en l’anàlisi del coll d’ampolla del cablejat del PCB. Combina amb altres eines EDA per analitzar la densitat de cablejat de la placa de circuit; a continuació, sintetitzar el nombre i els tipus de línies de senyal amb requisits especials de cablejat, com ara línies diferencials, línies de senyal sensibles, etc., per determinar el nombre de capes de senyal; a continuació, segons el tipus d’alimentació, aïllament i anti-interferència Els requisits per determinar el nombre de capes elèctriques internes. D’aquesta manera, es determina bàsicament el nombre de capes de tota la placa de circuit.

2. La part inferior de la superfície del component (la segona capa) és el pla de terra, que proporciona la capa de blindatge del dispositiu i el pla de referència per al cablejat superior; la capa de senyal sensible ha d’estar adjacent a una capa elèctrica interna (capa de terra/alimentació interna), utilitzant la gran capa elèctrica interna Pel·lícula de coure per proporcionar blindatge a la capa de senyal. La capa de transmissió de senyal d’alta velocitat del circuit hauria de ser una capa intermèdia de senyal i intercalada entre dues capes elèctriques interiors. D’aquesta manera, la pel·lícula de coure de les dues capes elèctriques interiors pot proporcionar un blindatge electromagnètic per a la transmissió del senyal d’alta velocitat i, al mateix temps, pot limitar eficaçment la radiació del senyal d’alta velocitat entre les dues capes elèctriques interiors sense causar interferència externa.

3. Totes les capes de senyal estan tan a prop possible del pla de terra;

4. Intenta evitar dues capes de senyal directament adjacents entre si; És fàcil introduir la diafonia entre les capes de senyal adjacents, donant lloc a una fallada de la funció del circuit. Afegir un pla de terra entre les dues capes de senyal pot evitar eficaçment la diafonia.

5. La font d’alimentació principal és el més propera possible a ella corresponentment;

6. Tingueu en compte la simetria de l’estructura laminada.

7. Per a la disposició de la capa de la placa base, és difícil que les plaques base existents controlin el cablejat paral·lel de llarga distància. Per a la freqüència de funcionament a nivell de la placa superior a 50MHZ (consulteu la situació per sota de 50MHZ, relaxeu-vos adequadament), es recomana organitzar el principi:

La superfície del component i la superfície de soldadura són un pla de terra complet (escut); Sense capes de cablejat paral·lel adjacents; Totes les capes de senyal estan tan a prop possible del pla de terra;

El senyal clau és adjacent al terra i no travessa la partició.

Nota: En configurar les capes de PCB específiques, els principis anteriors s’han de dominar de manera flexible. A partir de la comprensió dels principis anteriors, d’acord amb els requisits reals de la placa única, com ara: si es requereix una capa de cablejat clau, font d’alimentació, divisió del pla de terra, etc., Determineu la disposició de les capes i no no només copieu-lo sense cap mena de dubte, ni agafeu-lo.

8. Múltiples capes elèctriques internes connectades a terra poden reduir eficaçment la impedància de terra. Per exemple, la capa de senyal A i la capa de senyal B utilitzen plans de terra separats, que poden reduir eficaçment la interferència del mode comú.

L’estructura en capes d’ús habitual: tauler de 4 capes

A continuació s’utilitza un exemple de tauler de 4 capes per il·lustrar com optimitzar la disposició i la combinació de diverses estructures laminades.

Per als taulers de 4 capes d’ús habitual, hi ha els següents mètodes d’apilament (de dalt a baix).

(1) Siganl_1 (superior), GND (interior_1), POWER (interior_2), Siganl_2 (inferior).

(2) Siganl_1 (superior), POWER (interior_1), GND (interior_2), Siganl_2 (inferior).

(3) POWER (A dalt), Siganl_1 (Inner_1), GND (Inner_2), Siganl_2 (inferior).

Òbviament, l’opció 3 no té un acoblament efectiu entre la capa de potència i la capa de terra i no s’hauria d’adoptar.

Aleshores, com s’han de seleccionar les opcions 1 i 2?

En circumstàncies normals, els dissenyadors triaran l’opció 1 com a estructura del tauler de 4 capes. El motiu de l’elecció no és que no es pugui adoptar l’opció 2, sinó que la placa general de PCB només col·loca components a la capa superior, per la qual cosa és més apropiat adoptar l’opció 1.

Però quan els components s’han de col·locar tant a la capa superior com a la inferior i el gruix dielèctric entre la capa de potència interna i la capa de terra és gran i l’acoblament és deficient, cal tenir en compte quina capa té menys línies de senyal. Per a l’opció 1, hi ha menys línies de senyal a la capa inferior i es pot utilitzar una pel·lícula de coure de gran superfície per acoblar-se amb la capa POWER; per contra, si els components es disposen principalment a la capa inferior, s’hauria d’utilitzar l’opció 2 per fer el tauler.

Si s’adopta una estructura laminada, la capa de potència i la capa de terra ja estan acoblades. Tenint en compte els requisits de simetria, generalment s’adopta l’esquema 1.

Tauler de 6 capes

Després de completar l’anàlisi de l’estructura laminat de la placa de 4 capes, a continuació s’utilitza un exemple de la combinació de la placa de 6 capes per il·lustrar la disposició i la combinació de la placa de 6 capes i el mètode preferit.

(1) Siganl_1 (superior), GND (Inner_1), Siganl_2 (Inner_2), Siganl_3 (Inner_3), potència (Inner_4), Siganl_4 (inferior).

La solució 1 utilitza 4 capes de senyal i 2 capes d’alimentació/terra interna, amb més capes de senyal, la qual cosa afavoreix el treball de cablejat entre components, però els defectes d’aquesta solució també són més evidents, que es manifesten en els dos aspectes següents:

① El pla de potència i el pla de terra estan allunyats i no estan prou acoblats.

② La capa de senyal Siganl_2 (Inner_2) i Siganl_3 (Inner_3) són directament adjacents, de manera que l’aïllament del senyal no és bo i la diafonia és fàcil de produir-se.

(2) Siganl_1 (A dalt), Siganl_2 (Inner_1), POWER (Inner_2), GND (Inner_3), Siganl_3 (Inner_4), Siganl_4 (inferior).

Esquema 2 En comparació amb l’esquema 1, la capa de potència i el pla de terra estan completament acoblats, cosa que té certs avantatges respecte a l’esquema 1, però

Les capes de senyal Siganl_1 (superior) i Siganl_2 (Inner_1) i Siganl_3 (Inner_4) i Siganl_4 (inferior) estan directament adjacents entre si. L’aïllament del senyal no és bo i el problema de la diafonia no està resolt.

(3) Siganl_1 (superior), GND (Inner_1), Siganl_2 (Inner_2), POWER (Inner_3), GND (Inner_4), Siganl_3 (inferior).

En comparació amb l’Esquema 1 i l’Esquema 2, l’Esquema 3 té una capa de senyal menys i una capa elèctrica interna més. Tot i que les capes disponibles per al cablejat es redueixen, aquest esquema resol els defectes comuns de l’Esquema 1 i l’Esquema 2.

① El pla de potència i el pla de terra estan estretament acoblats.

② Cada capa de senyal es troba directament adjacent a la capa elèctrica interna i s’aïlla efectivament d’altres capes de senyal, i la diafonia no és fàcil de produir-se.

③ Siganl_2 (Inner_2) és adjacent a les dues capes elèctriques interiors GND (Inner_1) i POWER (Inner_3), que es poden utilitzar per transmetre senyals d’alta velocitat. Les dues capes elèctriques interiors poden protegir eficaçment la interferència del món exterior a la capa Siganl_2 (Inner_2) i la interferència de Siganl_2 (Inner_2) al món exterior.

En tots els aspectes, l’esquema 3 és òbviament el més optimitzat. Al mateix temps, l’esquema 3 també és una estructura laminada d’ús habitual per a taulers de 6 capes. Mitjançant l’anàlisi dels dos exemples anteriors, crec que el lector té una certa comprensió de l’estructura en cascada, però en alguns casos, un determinat esquema no pot complir tots els requisits, cosa que requereix tenir en compte la prioritat de diversos principis de disseny. Malauradament, a causa del fet que el disseny de la capa de la placa de circuits està estretament relacionat amb les característiques del circuit real, el rendiment anti-interferència i l’enfocament del disseny dels diferents circuits són diferents, de manera que, de fet, aquests principis no tenen una prioritat determinada per a la referència. Però el que és cert és que el principi de disseny 2 (la capa de potència interna i la capa de terra s’han d’acoblar estretament) primer s’han de complir en el disseny, i si cal transmetre senyals d’alta velocitat al circuit, llavors el principi de disseny 3 (Capa de transmissió de senyal d’alta velocitat al circuit) Ha de ser la capa intermèdia del senyal i intercalada entre dues capes elèctriques internes) s’ha de complir.

Tauler de 10 capes

Disseny típic de placa de 10 capes de PCB

La seqüència de cablejat general és TOP–GND—capa de senyal—capa de potència—GND—capa de senyal—capa de potència—capa de senyal—GND—INFERIOR

La seqüència de cablejat en si no és necessàriament fixa, però hi ha alguns estàndards i principis per restringir-la: per exemple, les capes adjacents de la capa superior i la capa inferior utilitzen GND per garantir les característiques EMC de la placa única; per exemple, cada capa de senyal utilitza preferentment la capa GND com a pla de referència; la font d’alimentació utilitzada a tota la placa única es col·loca preferentment sobre una peça sencera de coure; el susceptible, d’alta velocitat i preferit per anar per la capa interior del salt, etc.