Před projektováním vícevrstvé DPS návrhář musí nejprve určit použitou strukturu obvodové desky podle měřítka obvodu, velikosti obvodové desky a požadavků na elektromagnetickou kompatibilitu (EMC), to znamená, aby se rozhodl, zda použít 4 vrstvy, 6 vrstev nebo více vrstev desek s obvody . Po určení počtu vrstev určete, kam umístit vnitřní elektrické vrstvy a jak na těchto vrstvách distribuovat různé signály. Toto je volba vícevrstvé struktury DPS.

Laminovaná struktura je důležitým faktorem, který ovlivňuje EMC výkon desek plošných spojů, a je také důležitým prostředkem k potlačení elektromagnetického rušení. Tento článek představuje relevantní obsah struktury vícevrstvých desek plošných spojů.

Po určení počtu výkonových, zemních a signálových vrstev je jejich vzájemné uspořádání tématem, kterému se nevyhne každý technik PCB;

Obecný princip uspořádání vrstev:

1. Pro určení laminované struktury vícevrstvé desky PCB je třeba vzít v úvahu více faktorů. Z pohledu kabeláže platí, že čím více vrstev, tím lepší kabeláž, ale také se zvýší cena a obtížnost výroby desky. Pro výrobce je to, zda je laminovaná struktura symetrická nebo ne, středem zájmu, kterému je třeba věnovat pozornost při výrobě desek plošných spojů, takže výběr počtu vrstev musí vzít v úvahu potřeby všech aspektů, aby bylo dosaženo nejlepší rovnováhy. Zkušení konstruktéři se po dokončení předběžného rozmístění součástek zaměří na analýzu úzkého hrdla elektroinstalace DPS. V kombinaci s dalšími nástroji EDA analyzujte hustotu zapojení obvodové desky; poté syntetizujte počet a typy signálových vedení se speciálními požadavky na zapojení, jako jsou diferenciální vedení, citlivé signálové vedení atd., abyste určili počet signálových vrstev; dále podle typu napájení, izolace a odrušení Požadavky na určení počtu vnitřních elektrických vrstev. Tímto způsobem je v podstatě určen počet vrstev celé obvodové desky.

2. Spodní část povrchu součásti (druhá vrstva) je zemnicí plocha, která poskytuje stínící vrstvu zařízení a referenční rovinu pro horní kabeláž; citlivá signálová vrstva by měla přiléhat k vnitřní elektrické vrstvě (vnitřní napájecí/uzemňovací vrstva) s použitím velké vnitřní elektrické vrstvy Měděný film k zajištění stínění signálové vrstvy. Vrstva přenosu vysokorychlostního signálu v obvodu by měla být signální mezivrstva a měla by být vložena mezi dvě vnitřní elektrické vrstvy. Tímto způsobem může měděný film dvou vnitřních elektrických vrstev poskytnout elektromagnetické stínění pro vysokorychlostní přenos signálu a současně může účinně omezit vyzařování vysokorychlostního signálu mezi dvěma vnitřními elektrickými vrstvami, aniž by způsobil vnější rušení.

3. Všechny vrstvy signálu jsou co nejblíže zemní ploše;

4. Snažte se vyhnout dvěma signálovým vrstvám přímo sousedícím vedle sebe; je snadné zavést přeslechy mezi sousedními signálovými vrstvami, což má za následek selhání funkce obvodu. Přidáním zemní plochy mezi dvě vrstvy signálu lze účinně zabránit přeslechům.

5. Hlavní zdroj energie je odpovídajícím způsobem co nejblíže k němu;

6. Vezměte v úvahu symetrii laminované konstrukce.

7. Pro rozložení vrstev základní desky je pro stávající základní desky obtížné ovládat paralelní dálkové vedení. Pro pracovní frekvenci na úrovni desky nad 50 MHz (viz situace pod 50 MHz, prosím přiměřeně relaxujte) se doporučuje uspořádat princip:

Povrch součásti a svařovací povrch tvoří kompletní zemnící plocha (stínění);Žádné sousední paralelní vrstvy vodičů;Všechny signálové vrstvy jsou co nejblíže zemní ploše;

Klíčový signál je přilehlý k zemi a nepřekračuje přepážku.

Poznámka: Při nastavování konkrétních vrstev DPS by měly být výše uvedené zásady flexibilně zvládnuty. Na základě pochopení výše uvedených principů, podle skutečných požadavků na jednu desku, jako jsou: zda je vyžadována klíčová kabelová vrstva, napájecí zdroj, rozdělení zemní plochy atd., určete uspořádání vrstev a ne t to prostě zkopírujte, nebo se toho držte.

8. Vícenásobné uzemněné vnitřní elektrické vrstvy mohou účinně snížit zemní impedanci. Například signálová vrstva A a signálová vrstva B používají samostatné zemnící plochy, které mohou účinně snížit rušení v běžném režimu.

Běžně používaná vrstvená struktura:4vrstvá deska

Následující příklad používá příklad 4vrstvé desky pro ilustraci, jak optimalizovat uspořádání a kombinaci různých laminovaných struktur.

Pro běžně používané 4vrstvé desky existují následující způsoby stohování (shora dolů).

(1) Siganl_1 (nahoře), GND (vnitřní_1), POWER (vnitřní_2), Siganl_2 (dole).

(2) Siganl_1 (nahoře), POWER (vnitřní_1), GND (vnitřní_2), Siganl_2 (dole).

(3) POWER (nahoře), Siganl_1 (vnitřní_1), GND (vnitřní_2), Siganl_2 (dole).

Je zřejmé, že možnost 3 postrádá účinné spojení mezi výkonovou vrstvou a základní vrstvou a neměla by být přijata.

Jak tedy vybrat možnosti 1 a 2?

Za normálních okolností vyberou konstruktéři jako strukturu 1vrstvé desky možnost 4. Důvodem pro volbu není to, že nelze použít možnost 2, ale že obecná deska plošných spojů umisťuje součástky pouze na horní vrstvu, takže je vhodnější přijmout možnost 1.

Ale když je třeba umístit komponenty na horní i spodní vrstvu a tloušťka dielektrika mezi vnitřní napájecí vrstvou a zemní vrstvou je velká a vazba je špatná, je nutné zvážit, která vrstva má méně signálových linek. Pro možnost 1 je na spodní vrstvě méně signálových linek a pro spojení s vrstvou POWER lze použít velkoplošnou měděnou fólii; naopak, pokud jsou komponenty uspořádány převážně na spodní vrstvě, měla by být pro výrobu desky použita možnost 2.

Pokud je použita laminovaná struktura, výkonová vrstva a základní vrstva jsou již spojeny. S ohledem na požadavky symetrie je obecně přijato schéma 1.

6vrstvá deska

Po dokončení analýzy laminované struktury 4vrstvé desky je v následujícím textu použit příklad kombinace 6vrstvé desky pro ilustraci uspořádání a kombinace 6vrstvé desky a preferovaného způsobu.

(1) Siganl_1 (Top), GND (Inner_1), Siganl_2 (Inner_2), Siganl_3 (Inner_3), power (Inner_4), Siganl_4 (Dol).

Řešení 1 využívá 4 signálové vrstvy a 2 vnitřní výkonové/zemní vrstvy s více signálovými vrstvami, což vede k zapojení mezi komponenty, ale vady tohoto řešení jsou také zjevnější, které se projevují v následujících dvou aspektech:

① Napájecí plocha a zemní plocha jsou daleko od sebe a nejsou dostatečně propojeny.

② Signální vrstva Siganl_2 (Inner_2) a Siganl_3 (Inner_3) spolu přímo sousedí, takže izolace signálu není dobrá a snadno dochází k přeslechům.

(2) Siganl_1 (Top), Siganl_2 (Inner_1), POWER (Inner_2), GND (Inner_3), Siganl_3 (Inner_4), Siganl_4 (Dol).

Schéma 2 Ve srovnání se schématem 1 jsou výkonová vrstva a zemní plocha plně propojeny, což má určité výhody oproti schématu 1, ale

Signální vrstvy Siganl_1 (nahoře) a Siganl_2 (vnitřní_1) a Siganl_3 (vnitřní_4) a Siganl_4 (dole) spolu přímo sousedí. Izolace signálu není dobrá a problém přeslechů není vyřešen.

(3) Siganl_1 (nahoře), GND (vnitřní_1), Siganl_2 (vnitřní_2), POWER (vnitřní_3), GND (vnitřní_4), Siganl_3 (dole).

Ve srovnání se schématem 1 a schématem 2 má schéma 3 o jednu signálovou vrstvu méně a o jednu vnitřní elektrickou vrstvu více. Přestože jsou vrstvy dostupné pro zapojení redukovány, toto schéma řeší běžné vady schématu 1 a schématu 2.

① Napájecí plocha a zemní plocha jsou pevně spojeny.

② Každá signálová vrstva přímo sousedí s vnitřní elektrickou vrstvou a je účinně izolována od ostatních signálových vrstev a není snadné nastat přeslechy.

③ Siganl_2 (Inner_2) sousedí se dvěma vnitřními elektrickými vrstvami GND (Inner_1) a POWER (Inner_3), které lze použít k přenosu vysokorychlostních signálů. Dvě vnitřní elektrické vrstvy mohou účinně odstínit rušení od vnějšího světa k vrstvě Siganl_2 (Inner_2) a rušení od Siganl_2 (Inner_2) k vnějšímu světu.

Ve všech aspektech je schéma 3 zjevně nejoptimalizovanější. Současně je schéma 3 také běžně používanou laminovanou strukturou pro 6vrstvé desky. Na základě analýzy výše uvedených dvou příkladů se domnívám, že čtenář kaskádové struktuře určité rozumí, ale v některých případech určité schéma nemůže splnit všechny požadavky, což vyžaduje zohlednění priority různých principů návrhu. Bohužel, vzhledem k tomu, že návrh vrstvy obvodové desky úzce souvisí s charakteristikami skutečného obvodu, výkon proti rušení a konstrukční zaměření různých obvodů se liší, takže ve skutečnosti nemají tyto principy žádnou stanovenou prioritu pro referenci. Jisté však je, že při návrhu je třeba nejprve splnit konstrukční princip 2 (vnitřní výkonová vrstva a zemní vrstva by měly být pevně spojeny), a pokud je třeba v obvodu přenášet vysokorychlostní signály, pak návrhový princip 3 (vysokorychlostní přenosová vrstva signálu v obvodu) Měla by to být signálová mezivrstva a vložená mezi dvě vnitřní elektrické vrstvy).

10vrstvá deska

Typický 10vrstvý design desky plošných spojů

Obecná sekvence zapojení je TOP – GND – signálová vrstva – výkonová vrstva – GND – signálová vrstva – výkonová vrstva – signálová vrstva – GND – DOLNÍ

Pořadí zapojení samo o sobě není nezbytně pevně dané, ale existují některé normy a zásady, které jej omezují: Například sousední vrstvy horní vrstvy a spodní vrstvy používají GND k zajištění charakteristik EMC jedné desky; například každá signálová vrstva výhodně používá vrstvu GND jako referenční rovinu; napájecí zdroj použitý v celé jedné desce je přednostně položen na celý kus mědi; náchylný, vysokorychlostní a raději šel podél vnitřní vrstvy skoku atd.