Πριν από το σχεδιασμό πολυστρωματικό PCB πλακέτα, ο σχεδιαστής πρέπει πρώτα να προσδιορίσει τη δομή της πλακέτας κυκλώματος που χρησιμοποιείται σύμφωνα με την κλίμακα κυκλώματος, το μέγεθος της πλακέτας κυκλώματος και τις απαιτήσεις ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας (EMC), δηλαδή να αποφασίσει εάν θα χρησιμοποιήσει 4 στρώματα, 6 στρώματα ή περισσότερα στρώματα πλακών κυκλωμάτων . Αφού προσδιορίσετε τον αριθμό των στρωμάτων, καθορίστε πού να τοποθετήσετε τα εσωτερικά ηλεκτρικά στρώματα και πώς να διανείμετε διαφορετικά σήματα σε αυτά τα στρώματα. Αυτή είναι η επιλογή της πολυστρωματικής δομής στοίβας PCB.

Η πολυστρωματική δομή είναι ένας σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την απόδοση ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας των πλακών PCB και είναι επίσης ένα σημαντικό μέσο για την καταστολή των ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών. Αυτό το άρθρο παρουσιάζει το σχετικό περιεχόμενο της δομής στοίβας πλακέτας πολλαπλών επιπέδων PCB.

Μετά τον προσδιορισμό του αριθμού των επιπέδων ισχύος, γείωσης και σήματος, η σχετική διάταξη τους είναι ένα θέμα που κάθε μηχανικός PCB δεν μπορεί να αποφύγει.

Η γενική αρχή της διάταξης του στρώματος:

1. Για να προσδιοριστεί η πολυστρωματική δομή μιας πλακέτας PCB πολλαπλών στρώσεων, πρέπει να ληφθούν υπόψη περισσότεροι παράγοντες. Από την άποψη της καλωδίωσης, όσο περισσότερα στρώματα, τόσο καλύτερη είναι η καλωδίωση, αλλά το κόστος και η δυσκολία κατασκευής πλακών θα αυξηθούν επίσης. Για τους κατασκευαστές, εάν η πολυστρωματική δομή είναι συμμετρική ή όχι είναι το επίκεντρο στο οποίο πρέπει να δοθεί προσοχή όταν κατασκευάζονται πλακέτες PCB, επομένως η επιλογή του αριθμού των στρωμάτων πρέπει να λαμβάνει υπόψη τις ανάγκες όλων των πτυχών για να επιτευχθεί η καλύτερη ισορροπία. Για τους έμπειρους σχεδιαστές, μετά την ολοκλήρωση της προκαταρκτικής διάταξης των εξαρτημάτων, θα επικεντρωθούν στην ανάλυση της συμφόρησης της καλωδίωσης PCB. Συνδυάστε με άλλα εργαλεία EDA για να αναλύσετε την πυκνότητα καλωδίωσης της πλακέτας κυκλώματος. Στη συνέχεια, συνθέστε τον αριθμό και τους τύπους γραμμών σήματος με ειδικές απαιτήσεις καλωδίωσης, όπως διαφορικές γραμμές, ευαίσθητες γραμμές σήματος κ.λπ., για να προσδιορίσετε τον αριθμό των επιπέδων σήματος. Στη συνέχεια, σύμφωνα με τον τύπο τροφοδοσίας, απομόνωσης και κατά των παρεμβολών Οι απαιτήσεις για τον προσδιορισμό του αριθμού των εσωτερικών ηλεκτρικών στρωμάτων. Με αυτόν τον τρόπο προσδιορίζεται βασικά ο αριθμός των στρώσεων ολόκληρης της πλακέτας κυκλώματος.

2. Το κάτω μέρος της επιφάνειας του εξαρτήματος (το δεύτερο στρώμα) είναι το επίπεδο γείωσης, το οποίο παρέχει το στρώμα θωράκισης της συσκευής και το επίπεδο αναφοράς για την επάνω καλωδίωση. το ευαίσθητο στρώμα σήματος πρέπει να βρίσκεται δίπλα σε ένα εσωτερικό ηλεκτρικό στρώμα (εσωτερική ισχύς/στρώμα γείωσης), χρησιμοποιώντας το μεγάλο εσωτερικό ηλεκτρικό στρώμα Χάλκινο φιλμ για να παρέχει θωράκιση για το στρώμα σήματος. Το στρώμα μετάδοσης σήματος υψηλής ταχύτητας στο κύκλωμα πρέπει να είναι ένα ενδιάμεσο στρώμα σήματος και να βρίσκεται ανάμεσα σε δύο εσωτερικά ηλεκτρικά στρώματα. Με αυτόν τον τρόπο, το φιλμ χαλκού των δύο εσωτερικών ηλεκτρικών στρωμάτων μπορεί να παρέχει ηλεκτρομαγνητική θωράκιση για μετάδοση σήματος υψηλής ταχύτητας και ταυτόχρονα μπορεί να περιορίσει αποτελεσματικά την ακτινοβολία του σήματος υψηλής ταχύτητας μεταξύ των δύο εσωτερικών ηλεκτρικών στρωμάτων χωρίς να προκαλεί εξωτερικές παρεμβολές.

3. Όλα τα στρώματα σήματος είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στο επίπεδο γείωσης.

4. Προσπαθήστε να αποφύγετε δύο επίπεδα σήματος που βρίσκονται απευθείας το ένα στο άλλο. Είναι εύκολο να εισαγάγετε αλληλεπιδράσεις μεταξύ γειτονικών στρωμάτων σήματος, με αποτέλεσμα την αποτυχία της λειτουργίας του κυκλώματος. Η προσθήκη ενός επιπέδου γείωσης μεταξύ των δύο στρωμάτων σήματος μπορεί να αποφύγει αποτελεσματικά την αλληλεπίδραση.

5. Η κύρια πηγή ενέργειας είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά σε αυτήν αντίστοιχα.

6. Λάβετε υπόψη τη συμμετρία της πολυστρωματικής δομής.

7. Για τη διάταξη στρώματος της μητρικής πλακέτας, είναι δύσκολο για τις υπάρχουσες μητρικές πλακέτες να ελέγξουν την παράλληλη καλωδίωση μεγάλων αποστάσεων. Για τη συχνότητα λειτουργίας σε επίπεδο πλακέτας άνω των 50 MHZ (ανατρέξτε στην κατάσταση κάτω από 50 MHZ, χαλαρώστε κατάλληλα), συνιστάται να κανονίσετε την αρχή:

Η επιφάνεια του εξαρτήματος και η επιφάνεια συγκόλλησης είναι ένα πλήρες επίπεδο γείωσης (ασπίδα). Δεν υπάρχουν παρακείμενα παράλληλα στρώματα καλωδίωσης. Όλα τα στρώματα σήματος είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στο επίπεδο γείωσης.

Το σήμα κλειδιού βρίσκεται δίπλα στο έδαφος και δεν διασχίζει το διαμέρισμα.

Σημείωση: Κατά τη ρύθμιση των συγκεκριμένων στρωμάτων PCB, οι παραπάνω αρχές θα πρέπει να τηρούνται με ευελιξία. Με βάση την κατανόηση των παραπάνω αρχών, σύμφωνα με τις πραγματικές απαιτήσεις της μονής πλακέτας, όπως: εάν απαιτείται στρώμα καλωδίωσης κλειδιού, παροχή ρεύματος, διαίρεση επιπέδου γείωσης κ.λπ., Προσδιορίστε τη διάταξη των στρωμάτων και μην Μην το αντιγράψετε απλά ή κρατήστε το.

8. Πολλαπλά γειωμένα εσωτερικά ηλεκτρικά στρώματα μπορούν να μειώσουν αποτελεσματικά την αντίσταση γείωσης. Για παράδειγμα, το επίπεδο σήματος Α και το επίπεδο σήματος Β χρησιμοποιούν ξεχωριστά επίπεδα γείωσης, τα οποία μπορούν να μειώσουν αποτελεσματικά την παρεμβολή κοινής λειτουργίας.

Η συνήθως χρησιμοποιούμενη πολυεπίπεδη δομή: σανίδα 4 επιπέδων

Το παρακάτω χρησιμοποιεί ένα παράδειγμα σανίδας 4 στρώσεων για να επεξηγήσει τον τρόπο βελτιστοποίησης της διάταξης και του συνδυασμού διαφόρων πολυστρωματικών κατασκευών.

Για τις συνήθως χρησιμοποιούμενες σανίδες 4 στρώσεων, υπάρχουν οι ακόλουθες μέθοδοι στοίβαξης (από πάνω προς τα κάτω).

(1) Siganl_1 (Επάνω), GND (Inner_1), POWER (Inner_2), Siganl_2 (Κάτω).

(2) Siganl_1 (Επάνω), POWER (Inner_1), GND (Inner_2), Siganl_2 (Κάτω).

(3) POWER (Επάνω), Siganl_1 (Inner_1), GND (Inner_2), Siganl_2 (Κάτω).

Προφανώς, η επιλογή 3 στερείται αποτελεσματικής σύζευξης μεταξύ του στρώματος ισχύος και του στρώματος εδάφους και δεν θα πρέπει να υιοθετηθεί.

Τότε πώς πρέπει να επιλεγούν οι επιλογές 1 και 2;

Υπό κανονικές συνθήκες, οι σχεδιαστές θα επιλέξουν την επιλογή 1 ως τη δομή της σανίδας 4 επιπέδων. Ο λόγος για την επιλογή δεν είναι ότι η Επιλογή 2 δεν μπορεί να υιοθετηθεί, αλλά ότι η γενική πλακέτα PCB τοποθετεί εξαρτήματα μόνο στο επάνω στρώμα, επομένως είναι καταλληλότερο να υιοθετηθεί η Επιλογή 1.

Αλλά όταν πρέπει να τοποθετηθούν εξαρτήματα τόσο στο επάνω όσο και στο κάτω στρώμα και το πάχος του διηλεκτρικού μεταξύ του εσωτερικού στρώματος ισχύος και του στρώματος εδάφους είναι μεγάλο και η σύζευξη είναι κακή, είναι απαραίτητο να εξετάσουμε ποιο στρώμα έχει λιγότερες γραμμές σήματος. Για την Επιλογή 1, υπάρχουν λιγότερες γραμμές σήματος στο κάτω στρώμα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια μεμβράνη χαλκού μεγάλης επιφάνειας για σύζευξη με τη στρώση POWER. Αντίθετα, εάν τα εξαρτήματα είναι τοποθετημένα κυρίως στο κάτω στρώμα, η επιλογή 2 θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή της σανίδας.

Εάν υιοθετηθεί μια πολυστρωματική δομή, το στρώμα ισχύος και το στρώμα εδάφους έχουν ήδη συζευχθεί. Λαμβάνοντας υπόψη τις απαιτήσεις συμμετρίας, το σχήμα 1 υιοθετείται γενικά.

Πίνακας 6 στρώσεων

Μετά την ολοκλήρωση της ανάλυσης της πολυστρωματικής δομής της σανίδας 4 στρώσεων, τα παρακάτω χρησιμοποιούν ένα παράδειγμα συνδυασμού σανίδων 6 στρώσεων για να επεξηγήσουν τη διάταξη και τον συνδυασμό της σανίδας 6 στρώσεων και την προτιμώμενη μέθοδο.

(1) Siganl_1 (Επάνω), GND (Inner_1), Siganl_2 (Inner_2), Siganl_3 (Inner_3), power (Inner_4), Siganl_4 (Κάτω).

Η λύση 1 χρησιμοποιεί 4 επίπεδα σήματος και 2 εσωτερικά επίπεδα ισχύος/γείωσης, με περισσότερα στρώματα σήματος, γεγονός που ευνοεί την εργασία καλωδίωσης μεταξύ των στοιχείων, αλλά τα ελαττώματα αυτής της λύσης είναι επίσης πιο εμφανή, τα οποία εκδηλώνονται στις ακόλουθες δύο πτυχές:

① Το επίπεδο ισχύος και το επίπεδο γείωσης απέχουν πολύ μεταξύ τους και δεν είναι επαρκώς συνδεδεμένα.

② Το επίπεδο σήματος Siganl_2 (Inner_2) και Siganl_3 (Inner_3) είναι άμεσα γειτονικά, επομένως η απομόνωση του σήματος δεν είναι καλή και η αλληλεπίδραση είναι εύκολη.

(2) Siganl_1 (Επάνω), Siganl_2 (Inner_1), POWER (Inner_2), GND (Inner_3), Siganl_3 (Inner_4), Siganl_4 (Κάτω).

Σχήμα 2 Σε σύγκριση με το σχήμα 1, το επίπεδο ισχύος και το επίπεδο γείωσης είναι πλήρως συζευγμένα, κάτι που έχει ορισμένα πλεονεκτήματα σε σχέση με το σχήμα 1, αλλά

Τα επίπεδα σήματος Siganl_1 (Επάνω) και Siganl_2 (Inner_1) και Siganl_3 (Inner_4) και Siganl_4 (Κάτω) είναι απευθείας γειτονικά το ένα με το άλλο. Η απομόνωση του σήματος δεν είναι καλή και το πρόβλημα της συνομιλίας δεν έχει λυθεί.

(3) Siganl_1 (Επάνω), GND (Inner_1), Siganl_2 (Inner_2), POWER (Inner_3), GND (Inner_4), Siganl_3 (Κάτω).

Σε σύγκριση με το Σχήμα 1 και το Σχήμα 2, το Σχήμα 3 έχει ένα λιγότερο στρώμα σήματος και ένα ακόμη εσωτερικό ηλεκτρικό στρώμα. Αν και τα επίπεδα που είναι διαθέσιμα για καλωδίωση μειώνονται, αυτό το σχήμα επιλύει τα κοινά ελαττώματα του Σχήματος 1 και του Σχήματος 2.

① Το επίπεδο ισχύος και το επίπεδο γείωσης είναι στενά συνδεδεμένα.

② Κάθε στρώμα σήματος είναι απευθείας δίπλα στο εσωτερικό ηλεκτρικό στρώμα και είναι αποτελεσματικά απομονωμένο από άλλα στρώματα σήματος και δεν είναι εύκολο να προκύψει αλληλεπιδράσεις.

③ Το Siganl_2 (Inner_2) βρίσκεται δίπλα στα δύο εσωτερικά ηλεκτρικά στρώματα GND (Inner_1) και POWER (Inner_3), τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μετάδοση σημάτων υψηλής ταχύτητας. Τα δύο εσωτερικά ηλεκτρικά στρώματα μπορούν να θωρακίσουν αποτελεσματικά την παρεμβολή από τον έξω κόσμο στο στρώμα Siganl_2 (Inner_2) και την παρεμβολή από το Siganl_2 (Inner_2) στον έξω κόσμο.

Από όλες τις απόψεις, το σχήμα 3 είναι προφανώς το πιο βελτιστοποιημένο. Ταυτόχρονα, το σχήμα 3 είναι επίσης μια κοινώς χρησιμοποιούμενη πολυστρωματική δομή για σανίδες 6 επιπέδων. Μέσα από την ανάλυση των δύο παραπάνω παραδειγμάτων, πιστεύω ότι ο αναγνώστης έχει μια ορισμένη κατανόηση της διαδοχικής δομής, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις, ένα συγκεκριμένο σχήμα δεν μπορεί να ανταποκριθεί σε όλες τις απαιτήσεις, γεγονός που απαιτεί την εξέταση της προτεραιότητας διαφόρων αρχών σχεδιασμού. Δυστυχώς, λόγω του γεγονότος ότι ο σχεδιασμός του στρώματος της πλακέτας κυκλώματος σχετίζεται στενά με τα χαρακτηριστικά του πραγματικού κυκλώματος, η απόδοση κατά των παρεμβολών και η εστίαση σχεδιασμού διαφορετικών κυκλωμάτων είναι διαφορετικά, επομένως στην πραγματικότητα αυτές οι αρχές δεν έχουν καθορισμένη προτεραιότητα για αναφορά. Αλλά αυτό που είναι βέβαιο είναι ότι η αρχή σχεδίασης 2 (το εσωτερικό στρώμα ισχύος και το στρώμα γείωσης θα πρέπει να είναι στενά συνδεδεμένα) πρέπει πρώτα να τηρηθεί στο σχεδιασμό και εάν πρέπει να μεταδοθούν σήματα υψηλής ταχύτητας στο κύκλωμα, τότε η αρχή σχεδίασης 3 (επίπεδο μετάδοσης σήματος υψηλής ταχύτητας στο κύκλωμα) Πρέπει να είναι το ενδιάμεσο στρώμα σήματος και να βρίσκεται ανάμεσα σε δύο εσωτερικά ηλεκτρικά στρώματα) πρέπει να ικανοποιείται.

Πίνακας 10 στρώσεων

Τυπική σχεδίαση πλακέτας 10 επιπέδων PCB

Η γενική ακολουθία καλωδίωσης είναι TOP–GND—επίπεδο σήματος—στρώμα ισχύος—GND—στρώμα σήματος—στρώμα ισχύος—στρώμα σήματος—GND—BOTTOM

Η ίδια η αλληλουχία καλωδίωσης δεν είναι απαραίτητα σταθερή, αλλά υπάρχουν ορισμένα πρότυπα και αρχές που την περιορίζουν: Για παράδειγμα, τα γειτονικά στρώματα του επάνω και του κάτω στρώματος χρησιμοποιούν GND για να διασφαλίσουν τα χαρακτηριστικά EMC της μονής πλακέτας. Για παράδειγμα, κάθε επίπεδο σήματος χρησιμοποιεί κατά προτίμηση το επίπεδο GND ως Επίπεδο αναφοράς. το τροφοδοτικό που χρησιμοποιείται σε ολόκληρη την ενιαία πλακέτα τοποθετείται κατά προτίμηση σε ένα ολόκληρο κομμάτι χαλκού. το ευαίσθητο, υψηλής ταχύτητας, και προτιμάται να πηγαίνει κατά μήκος του εσωτερικού στρώματος του άλματος κ.λπ.