Før design flerlags PCB kort, skal designeren først bestemme kredsløbsstrukturen, der anvendes i henhold til kredsløbsskalaen, kredsløbskortstørrelsen og kravene til elektromagnetisk kompatibilitet (EMC), det vil sige at beslutte, om der skal bruges 4 lag, 6 lag eller flere lag kredsløbskort . Efter at have bestemt antallet af lag, skal du bestemme, hvor de interne elektriske lag skal placeres, og hvordan de forskellige signaler skal fordeles på disse lag. Dette er valget af flerlags PCB-stabelstruktur.

Lamineret struktur er en vigtig faktor, der påvirker EMC-ydelsen af ​​PCB-kort, og det er også et vigtigt middel til at undertrykke elektromagnetisk interferens. Denne artikel introducerer det relevante indhold af flerlags PCB-kortstabelstrukturen.

After determining the number of power, ground and signal layers, the relative arrangement of them is a topic that every PCB engineer cannot avoid;

Det generelle princip for lagarrangement:

1. For at bestemme den laminerede struktur af et flerlags PCB-kort skal flere faktorer tages i betragtning. Fra ledningsperspektivet, jo flere lag, jo bedre er ledningerne, men omkostningerne og vanskelighederne ved fremstilling af plade vil også stige. For producenter er det, om den laminerede struktur er symmetrisk eller ej, det fokus, der skal lægges vægt på, når printplader fremstilles, så valget af antallet af lag skal tage hensyn til behovene i alle aspekter for at opnå den bedste balance. For erfarne designere vil de efter at have afsluttet pre-layoutet af komponenterne fokusere på analysen af ​​PCB-ledningsflaskehalsen. Kombiner med andre EDA-værktøjer for at analysere ledningstætheden af ​​printkortet; syntetiser derefter antallet og typer af signallinjer med særlige ledningskrav, såsom differentiallinjer, følsomme signallinjer osv., for at bestemme antallet af signallag; derefter i henhold til typen af ​​strømforsyning, isolation og anti-interferens Kravene til at bestemme antallet af interne elektriske lag. På denne måde bestemmes som udgangspunkt antallet af lag på hele printkortet.

2. The bottom of the component surface (the second layer) is the ground plane, which provides the device shielding layer and the reference plane for the top wiring; the sensitive signal layer should be adjacent to an internal electrical layer (internal power/ground layer), using the large internal electrical layer Copper film to provide shielding for the signal layer. The high-speed signal transmission layer in the circuit should be a signal intermediate layer and sandwiched between two inner electrical layers. In this way, the copper film of the two inner electric layers can provide electromagnetic shielding for high-speed signal transmission, and at the same time, it can effectively limit the radiation of the high-speed signal between the two inner electric layers without causing external interference.

3. Alle signallag er så tæt som muligt på jordplanet;

4. Prøv at undgå to signallag, der støder direkte op til hinanden; det er let at indføre krydstale mellem tilstødende signallag, hvilket resulterer i kredsløbsfunktionsfejl. Tilføjelse af et jordplan mellem de to signallag kan effektivt undgå krydstale.

5. Hovedstrømkilden er så tæt som muligt på den tilsvarende;

6. Tag højde for symmetrien af ​​den laminerede struktur.

7. For bundkortets laglayout er det svært for de eksisterende bundkort at styre parallelle langdistanceledninger. For driftsfrekvensen på board-niveau over 50MHZ (se situationen under 50MHZ, slap venligst passende), anbefales det at arrangere princippet:

Komponentoverfladen og svejseoverfladen er et komplet jordplan (skærm);Ingen tilstødende parallelle ledningslag;Alle signallag er så tæt som muligt på jordplanet;

Nøglesignalet støder op til jorden og krydser ikke skillevæggen.

Bemærk: Ved opsætning af de specifikke PCB-lag bør ovenstående principper beherskes fleksibelt. Baseret på forståelsen af ​​ovennævnte principper, i henhold til de faktiske krav til enkeltkortet, såsom: om der kræves et nøgleledningslag, strømforsyning, jordplansdeling osv. , Bestem arrangementet af lagene, og gør det ikke bare kopiere det direkte, eller holde fast i det.

8. Flere jordede interne elektriske lag kan effektivt reducere jordimpedansen. For eksempel bruger A-signallaget og B-signallaget separate jordplaner, som effektivt kan reducere common mode-interferens.

Den almindeligt anvendte lagdelte struktur: 4-lags plade

Det følgende bruger et eksempel på en 4-lags plade til at illustrere, hvordan man optimerer arrangementet og kombinationen af ​​forskellige laminerede strukturer.

For commonly used 4-layer boards, there are the following stacking methods (from top to bottom).

(1) Siganl_1 (øverst), GND (Indre_1), POWER (Indre_2), Siganl_2 (Bund).

(2) Siganl_1 (øverst), POWER (Indre_1), GND (Indre_2), Siganl_2 (Bund).

(3) POWER (Top), Siganl_1 (Inner_1), GND (Inner_2), Siganl_2 (Bottom).

Mulighed 3 mangler naturligvis en effektiv kobling mellem kraftlaget og jordlaget og bør ikke vedtages.

Hvordan skal valgmulighed 1 og 2 så vælges?

Under normal circumstances, designers will choose option 1 as the structure of the 4-layer board. The reason for the choice is not that Option 2 cannot be adopted, but that the general PCB board only places components on the top layer, so it is more appropriate to adopt Option 1.

Men når komponenter skal placeres på både det øverste og nederste lag, og den dielektriske tykkelse mellem det indre effektlag og jordlaget er stor og koblingen er dårlig, er det nødvendigt at overveje, hvilket lag der har færre signallinjer. For mulighed 1 er der færre signallinjer på bundlaget, og en kobberfilm med stort areal kan bruges til at koble sammen med POWER-laget; tværtimod, hvis komponenterne hovedsageligt er arrangeret på det nederste lag, bør mulighed 2 bruges til at lave brættet.

Hvis en lamineret struktur er vedtaget, er kraftlaget og jordlaget allerede koblet. I betragtning af kravene til symmetri er skema 1 generelt vedtaget.

6-lags plade

Efter at have afsluttet analysen af ​​den laminerede struktur af 4-lags plade, bruger det følgende et eksempel på 6-lags pladekombination til at illustrere arrangementet og kombinationen af ​​6-lags plade og den foretrukne metode.

(1) Siganl_1 (Top), GND (Indre_1), Siganl_2 (Indre_2), Siganl_3 (Indre_3), power (Indre_4), Siganl_4 (Bund).

Solution 1 uses 4 signal layers and 2 internal power/ground layers, with more signal layers, which is conducive to the wiring work between components, but the defects of this solution are also more obvious, which are manifested in the following two aspects:

① The power plane and the ground plane are far apart, and they are not sufficiently coupled.

② Signallaget Siganl_2 (Inner_2) og Siganl_3 (Inner_3) er direkte tilstødende, så signalisoleringen er ikke god, og krydstale er let at forekomme.

(2) Siganl_1 (Top), Siganl_2 (Indre_1), POWER (Indre_2), GND (Indre_3), Siganl_3 (Indre_4), Siganl_4 (Bund).

Skema 2 Sammenlignet med skema 1 er strømlaget og jordplanet fuldt koblet, hvilket har visse fordele i forhold til skema 1, men

Siganl_1 (Top) og Siganl_2 (Inner_1) og Siganl_3 (Inner_4) og Siganl_4 (Bund) signallag er direkte stødende op til hinanden. Signalisolationen er ikke god, og problemet med krydstale er ikke løst.

(3) Siganl_1 (øverst), GND (Indre_1), Siganl_2 (Indre_2), POWER (Indre_3), GND (Indre_4), Siganl_3 (Bund).

Sammenlignet med skema 1 og skema 2 har skema 3 et mindre signallag og et mere internt elektrisk lag. Selvom de tilgængelige lag til ledningsføring er reduceret, løser denne ordning de almindelige defekter i skema 1 og skema 2.

① Strømplanet og stelplanet er tæt forbundet.

② Hvert signallag støder direkte op til det indre elektriske lag og er effektivt isoleret fra andre signallag, og krydstale er ikke let at forekomme.

③ Siganl_2 (Inner_2) støder op til de to indre elektriske lag GND (Inner_1) og POWER (Inner_3), som kan bruges til at transmittere højhastighedssignaler. De to indre elektriske lag kan effektivt skærme interferensen fra omverdenen til Siganl_2 (Inner_2) laget og interferensen fra Siganl_2 (Inner_2) til omverdenen.

I alle aspekter er skema 3 åbenbart den mest optimerede. Samtidig er skema 3 også en almindeligt anvendt lamineret struktur til 6-lagsplader. Gennem analysen af ​​ovenstående to eksempler mener jeg, at læseren har en vis forståelse af kaskadestrukturen, men i nogle tilfælde kan en bestemt ordning ikke opfylde alle kravene, hvilket kræver hensyntagen til prioriteringen af ​​forskellige designprincipper. Desværre, på grund af det faktum, at printpladelagets design er tæt forbundet med det faktiske kredsløbs egenskaber, er anti-interferensydelsen og designfokus for forskellige kredsløb forskellige, så faktisk har disse principper ingen bestemt prioritet til reference. Men hvad der er sikkert er, at designprincip 2 (det interne effektlag og jordlaget skal være tæt koblet) skal opfyldes først i designet, og hvis højhastighedssignaler skal transmitteres i kredsløbet, så designprincip 3 (højhastighedssignaltransmissionslag i kredsløbet) Det skal være signalmellemlaget og klemt mellem to indre elektriske lag) skal være opfyldt.

10-lags plade

PCB typisk 10-lags printdesign

Den generelle ledningssekvens er TOP–GND—signallag—effektlag—GND—signallag—effektlag—signallag—GND—BUND

Selve ledningsrækkefølgen er ikke nødvendigvis fast, men der er nogle standarder og principper til at begrænse den: For eksempel bruger de tilstødende lag af det øverste lag og det nederste lag GND til at sikre EMC-karakteristikaene for enkeltkortet; for eksempel bruger hvert signallag fortrinsvis GND-laget som et referenceplan; strømforsyningen, der bruges i hele det enkelte bord, er fortrinsvis lagt på et helt stykke kobber; den modtagelige, højhastigheds og foretrak at gå langs det indre lag af springet osv.