PCB-laminiertes Design-Layer-Layout-Prinzip und gemeinsame laminierte Struktur

Vor dem Entwerfen mehrschichtige Leiterplatte Platine muss der Designer zuerst die verwendete Leiterplattenstruktur gemäß den Anforderungen der Leiterplattengröße, der Leiterplattengröße und der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) bestimmen, d. h. entscheiden, ob 4 Schichten, 6 Schichten oder Mehr Schichten von Leiterplatten verwendet werden sollen . Nachdem Sie die Anzahl der Schichten bestimmt haben, bestimmen Sie, wo die internen elektrischen Schichten platziert werden und wie die verschiedenen Signale auf diesen Schichten verteilt werden. Dies ist die Wahl der mehrschichtigen PCB-Stapelstruktur.

ipcb

Die laminierte Struktur ist ein wichtiger Faktor, der die EMV-Leistung von Leiterplatten beeinflusst, und sie ist auch ein wichtiges Mittel, um elektromagnetische Störungen zu unterdrücken. In diesem Artikel werden die relevanten Inhalte der mehrschichtigen Leiterplattenstapelstruktur vorgestellt.

Nach der Bestimmung der Anzahl der Power-, Ground- und Signallayer ist deren relative Anordnung ein Thema, das jeder PCB-Ingenieur nicht vermeiden kann;

Das allgemeine Prinzip der Schichtanordnung:

1. Um die laminierte Struktur einer mehrschichtigen Leiterplatte zu bestimmen, müssen mehr Faktoren berücksichtigt werden. Aus der Perspektive der Verdrahtung gilt: Je mehr Schichten, desto besser die Verdrahtung, aber auch die Kosten und die Schwierigkeit der Leiterplattenherstellung werden zunehmen. Für Hersteller muss bei der Herstellung von Leiterplatten darauf geachtet werden, ob die laminierte Struktur symmetrisch ist oder nicht. Erfahrene Designer konzentrieren sich nach Abschluss des Pre-Layouts der Komponenten auf die Analyse des Engpasses bei der Leiterplattenverdrahtung. Kombinieren Sie mit anderen EDA-Tools, um die Verdrahtungsdichte der Leiterplatte zu analysieren; dann die Anzahl und Typen von Signalleitungen mit speziellen Verdrahtungsanforderungen synthetisieren, wie z. B. Differenzleitungen, empfindliche Signalleitungen usw., um die Anzahl von Signalschichten zu bestimmen; dann je nach Art der Stromversorgung, Isolierung und Entstörung Die Anforderungen zur Bestimmung der Anzahl der internen elektrischen Schichten. Auf diese Weise wird grundsätzlich die Anzahl der Lagen der gesamten Leiterplatte bestimmt.

2. Die Unterseite der Komponentenoberfläche (die zweite Schicht) ist die Masseebene, die die Geräteabschirmungsschicht und die Referenzebene für die obere Verdrahtung bereitstellt; die empfindliche Signalschicht sollte an eine interne elektrische Schicht (interne Strom-/Masseschicht) angrenzen, wobei die große interne elektrische Schicht Kupferfilm verwendet wird, um die Signalschicht abzuschirmen. Die Hochgeschwindigkeits-Signalübertragungsschicht in der Schaltung sollte eine Signalzwischenschicht sein und zwischen zwei inneren elektrischen Schichten liegen. Auf diese Weise kann der Kupferfilm der beiden inneren elektrischen Schichten eine elektromagnetische Abschirmung für die Hochgeschwindigkeits-Signalübertragung bereitstellen und gleichzeitig die Abstrahlung des Hochgeschwindigkeitssignals zwischen den beiden inneren elektrischen Schichten effektiv begrenzen, ohne externe Störungen.

3. Alle Signalschichten liegen so nah wie möglich an der Masseebene;

4. Versuchen Sie, zwei Signalschichten zu vermeiden, die direkt nebeneinander liegen; es ist leicht, Übersprechen zwischen benachbarten Signalschichten einzuführen, was zu einem Ausfall der Schaltungsfunktion führt. Durch Hinzufügen einer Masseebene zwischen den beiden Signalschichten kann Übersprechen effektiv vermieden werden.

5. Die Hauptstromquelle ist entsprechend möglichst nahe daran;

6. Berücksichtigen Sie die Symmetrie der laminierten Struktur.

7. Für das Layer-Layout des Motherboards ist es für die vorhandenen Motherboards schwierig, die parallele Fernverkabelung zu steuern. Für die Betriebsfrequenz auf Board-Ebene über 50 MHz (siehe die Situation unter 50 MHz, bitte entspannen Sie sich entsprechend), wird empfohlen, das Prinzip zu arrangieren:

Die Bauteiloberfläche und die Schweißfläche sind eine komplette Masseebene (Shield);Keine benachbarten parallelen Verdrahtungsschichten;Alle Signalschichten liegen so nah wie möglich an der Masseebene;

Das Key-Signal liegt neben dem Boden und durchquert die Trennwand nicht.

Hinweis: Beim Aufbau der spezifischen PCB-Layer sollten die oben genannten Prinzipien flexibel beherrscht werden. Basierend auf dem Verständnis der oben genannten Prinzipien, entsprechend den tatsächlichen Anforderungen der einzelnen Platine, wie z. Kopieren Sie es nicht einfach unverblümt oder halten Sie es fest.

8. Mehrere geerdete interne elektrische Schichten können die Erdimpedanz effektiv reduzieren. Beispielsweise verwenden die A-Signalschicht und die B-Signalschicht separate Masseebenen, die Gleichtaktstörungen effektiv reduzieren können.

Die häufig verwendete Schichtstruktur: 4-Schicht-Platte

Im Folgenden wird am Beispiel einer 4-Lagen-Platine veranschaulicht, wie die Anordnung und Kombination verschiedener Schichtaufbauten optimiert werden kann.

Für häufig verwendete 4-Lagen-Platinen gibt es die folgenden Stapelmethoden (von oben nach unten).

(1) Siganl_1 (Oben), GND (Inner_1), POWER (Inner_2), Siganl_2 (Unten).

(2) Siganl_1 (Oben), POWER (Inner_1), GND (Inner_2), Siganl_2 (Unten).

(3) POWER (Oben), Siganl_1 (Inner_1), GND (Inner_2), Siganl_2 (Unten).

Offensichtlich fehlt Option 3 eine wirksame Kopplung zwischen der Leistungsschicht und der Masseschicht und sollte nicht übernommen werden.

Wie sind dann die Optionen 1 und 2 auszuwählen?

Unter normalen Umständen wählen Designer Option 1 als Aufbau des 4-Lagen-Boards. Der Grund für die Wahl liegt nicht darin, dass Option 2 nicht übernommen werden kann, sondern dass die allgemeine Leiterplatte nur Komponenten auf der obersten Schicht platziert, sodass es angemessener ist, Option 1 zu übernehmen.

Wenn jedoch Komponenten sowohl auf der oberen als auch auf der unteren Schicht platziert werden müssen und die Dielektrikumsdicke zwischen der internen Leistungsschicht und der Masseschicht groß ist und die Kopplung schlecht ist, muss berücksichtigt werden, welche Schicht weniger Signalleitungen hat. Bei Option 1 gibt es weniger Signalleitungen auf der unteren Schicht und eine großflächige Kupferfolie kann zur Kopplung mit der POWER-Schicht verwendet werden; im Gegenteil, wenn die Komponenten hauptsächlich auf der unteren Schicht angeordnet sind, sollte Option 2 verwendet werden, um die Platine herzustellen.

Bei einer laminierten Struktur sind die Leistungsschicht und die Masseschicht bereits gekoppelt. Unter Berücksichtigung der Symmetrieerfordernisse wird allgemein Schema 1 übernommen.

6-Schicht-Platte

Nach Abschluss der Analyse der laminierten Struktur der 4-Schicht-Platte verwendet das Folgende ein Beispiel der Kombination aus 6-Schichten-Platten, um die Anordnung und Kombination der 6-Schichten-Platte und das bevorzugte Verfahren zu veranschaulichen.

(1) Siganl_1 (Oben), GND (Inner_1), Siganl_2 (Inner_2), Siganl_3 (Inner_3), Strom (Inner_4), Siganl_4 (Unten).

Lösung 1 verwendet 4 Signalschichten und 2 interne Strom-/Masseschichten mit mehr Signalschichten, was der Verdrahtungsarbeit zwischen den Komponenten förderlich ist, aber die Mängel dieser Lösung sind auch offensichtlicher, die sich in den folgenden zwei Aspekten manifestieren:

① Powerplane und Groundplane liegen weit auseinander und sind nicht ausreichend gekoppelt.

② Die Signalschichten Siganl_2 (Inner_2) und Siganl_3 (Inner_3) sind direkt benachbart, sodass die Signalisolierung nicht gut ist und leicht Übersprechen auftritt.

(2) Siganl_1 (Oben), Siganl_2 (Inner_1), POWER (Inner_2), GND (Inner_3), Siganl_3 (Inner_4), Siganl_4 (Unten).

Schema 2 Im Vergleich zu Schema 1 sind Power Layer und Groundplane vollständig gekoppelt, was einige Vorteile gegenüber Schema 1 hat, aber

Siganl_1 (Oben) und Siganl_2 (Inner_1) und Siganl_3 (Inner_4) und Siganl_4 (Unten) liegen direkt nebeneinander. Die Signalisolierung ist nicht gut und das Problem des Übersprechens ist nicht gelöst.

(3) Siganl_1 (Oben), GND (Inner_1), Siganl_2 (Inner_2), POWER (Inner_3), GND (Inner_4), Siganl_3 (Unten).

Im Vergleich zu Schema 1 und Schema 2 weist Schema 3 eine Signalschicht weniger und eine interne elektrische Schicht mehr auf. Obwohl die für die Verdrahtung verfügbaren Schichten reduziert sind, löst dieses Schema die gemeinsamen Mängel von Schema 1 und Schema 2.

① Powerplane und Groundplane sind fest gekoppelt.

② Jede Signalschicht grenzt direkt an die innere elektrische Schicht und ist effektiv von anderen Signalschichten isoliert, und ein Übersprechen tritt nicht leicht auf.

③ Siganl_2 (Inner_2) grenzt an die beiden inneren elektrischen Schichten GND (Inner_1) und POWER (Inner_3), die zur Übertragung von Hochgeschwindigkeitssignalen verwendet werden können. Die beiden inneren elektrischen Schichten können die Interferenz von der Außenwelt zur Siganl_2 (Inner_2)-Schicht und die Interferenz von Siganl_2 (Inner_2) zur Außenwelt effektiv abschirmen.

In allen Aspekten ist Schema 3 offensichtlich das am besten optimierte. Gleichzeitig ist Schema 3 auch ein häufig verwendeter laminierter Aufbau für 6-Schicht-Platten. Durch die Analyse der beiden obigen Beispiele glaube ich, dass der Leser ein gewisses Verständnis der Kaskadenstruktur hat, aber in einigen Fällen kann ein bestimmtes Schema nicht alle Anforderungen erfüllen, was eine Berücksichtigung der Priorität verschiedener Konstruktionsprinzipien erfordert. Aufgrund der Tatsache, dass das Design der Leiterplattenschicht eng mit den Eigenschaften der tatsächlichen Schaltung zusammenhängt, sind die Entstörungsleistung und der Designfokus der verschiedenen Schaltungen leider unterschiedlich, so dass diese Prinzipien tatsächlich keine bestimmte Priorität als Referenz haben. Sicher ist jedoch, dass beim Design zuerst das Designprinzip 2 (die interne Leistungsschicht und die Masseschicht sollten eng gekoppelt sein) eingehalten werden, und wenn Hochgeschwindigkeitssignale in der Schaltung übertragen werden müssen, dann Designprinzip 3 (Hochgeschwindigkeits-Signalübertragungsschicht in der Schaltung) Es sollte die Signalzwischenschicht sein und zwischen zwei inneren elektrischen Schichten eingebettet sein) muss erfüllt sein.

10-Schicht-Platte

PCB-typisches 10-Lagen-Board-Design

Die allgemeine Verdrahtungsreihenfolge ist TOP–GND–Signalschicht–Leistungsschicht–GND–Signalschicht–Leistungsschicht–Signalschicht–GND–BOTTOM

Die Verdrahtungsreihenfolge selbst ist nicht unbedingt festgelegt, aber es gibt einige Standards und Prinzipien, die sie einschränken: Beispielsweise verwenden die benachbarten Schichten der oberen und unteren Schicht GND, um die EMV-Eigenschaften der einzelnen Platine sicherzustellen; beispielsweise verwendet jede Signalschicht vorzugsweise die GND-Schicht als Referenzebene; das im gesamten Singleboard verwendete Netzteil wird vorzugsweise auf einem ganzen Stück Kupfer verlegt; die anfälligen, schnellen und bevorzugten, entlang der inneren Schicht des Sprungs zu gehen usw.