Enne projekteerimist mitmekihiline trükkplaat plaadi puhul peab disainer esmalt kindlaks määrama kasutatava trükkplaadi struktuuri vastavalt vooluringi skaalale, trükkplaadi suurusele ja elektromagnetilise ühilduvuse (EMC) nõuetele, st otsustama, kas kasutada 4 kihti, 6 kihti või rohkem kihti trükkplaate . Pärast kihtide arvu määramist määrake, kuhu paigutada sisemised elektrikihid ja kuidas nendele kihtidele erinevaid signaale jaotada. See on mitmekihilise PCB virnastruktuuri valik.

Lamineeritud struktuur on oluline tegur, mis mõjutab PCB-plaatide elektromagnetilise ühilduvuse jõudlust, ja see on ka oluline vahend elektromagnetiliste häirete summutamiseks. See artikkel tutvustab mitmekihilise PCB-plaadi virnastruktuuri asjakohast sisu.

Pärast toite-, maandus- ja signaalikihtide arvu kindlaksmääramist on nende suhteline paigutus teema, mida iga PCB-insener ei saa vältida;

Kihtide paigutuse üldpõhimõte:

1. Mitmekihilise PCB plaadi lamineeritud struktuuri määramiseks tuleb arvestada rohkemate teguritega. Juhtmestiku seisukohast võib öelda, et mida rohkem kihte, seda parem on juhtmestik, kuid suureneb ka plaadi valmistamise hind ja keerukus. Tootjate jaoks tuleb PCB-plaatide valmistamisel tähelepanu pöörata sellele, kas lamineeritud struktuur on sümmeetriline või mitte, seega tuleb kihtide arvu valikul parima tasakaalu saavutamiseks arvestada kõigi aspektidega. Kogenud disainerid keskenduvad pärast komponentide eelpaigutamise lõpetamist PCB juhtmestiku kitsaskoha analüüsile. Ühendage teiste EDA tööriistadega, et analüüsida trükkplaadi juhtmestiku tihedust; seejärel sünteesige signaalikihtide arvu määramiseks spetsiaalsete juhtmestikunõuetega signaaliliinide arv ja tüübid, nagu diferentsiaalliinid, tundlikud signaaliliinid jne; seejärel vastavalt toiteallika tüübile, isolatsioonile ja häiretevastasele Nõuded sisemiste elektrikihtide arvu määramiseks. Sel viisil määratakse põhimõtteliselt kogu trükkplaadi kihtide arv.

2. Komponendi pinna alumine osa (teine ​​kiht) on aluspind, mis tagab seadme varjestuskihi ja ülemise juhtmestiku tugitasandi; tundlik signaalikiht peaks külgnema sisemise elektrikihiga (sisemine toite-/maanduskiht), kasutades signaalikihi varjestamiseks suurt sisemist elektrikihti, vaskkilet. Skeemis olev kiire signaaliedastuskiht peaks olema signaali vahekiht ja paiknema kahe sisemise elektrikihi vahel. Sel viisil võib kahe sisemise elektrikihi vaskkile pakkuda elektromagnetilist varjestust kiireks signaaliülekandeks ja samal ajal tõhusalt piirata kiire signaali kiirgust kahe sisemise elektrikihi vahel, põhjustamata välised häired.

3. Kõik signaalikihid on võimalikult lähedal alusplaadile;

4. Püüdke vältida kahte vahetult üksteisega külgnevat signaalikihti; kõrvuti asetsevate signaalikihtide vahel on lihtne tekitada ülekõla, mille tulemuseks on ahela funktsiooni rike. Maandustasandi lisamine kahe signaalikihi vahele võib tõhusalt vältida ülekõla.

5. Peamine toiteallikas on sellele vastavalt võimalikult lähedal;

6. Võtke arvesse lamineeritud struktuuri sümmeetriat.

7. Emaplaadi kihilise paigutuse puhul on olemasolevatel emaplaatidel keeruline paralleelset kaugjuhtmestikku juhtida. Tahvli tasemel töösagedusel üle 50 MHz (vaadake olukorda alla 50 MHz, palun lõdvestuge vastavalt), on soovitatav järgida põhimõtet:

Komponendi pind ja keevituspind on terviklik alusplaat (kilp); Puuduvad külgnevad paralleelsed juhtmestikukihid; Kõik signaalikihid on alusplaadile võimalikult lähedal;

Võtmesignaal on maapinnaga külgnev ja ei ületa vaheseina.

Märkus. Konkreetsete PCB kihtide seadistamisel tuleks ülaltoodud põhimõtteid paindlikult valdada. Tuginedes ülaltoodud põhimõtete mõistmisele, vastavalt ühe plaadi tegelikele nõuetele, näiteks: kas on vaja võtme juhtmestiku kihti, toiteallikat, maandusplaadi jaotust jne, määrake kihtide paigutus ja tehke ärge lihtsalt kopeerige seda otse või hoidke sellest kinni.

8. Mitu maandatud sisemist elektrikihti võivad tõhusalt vähendada maandustakistust. Näiteks signaalikiht A ja B signaalikiht kasutavad eraldi maandustasandeid, mis võivad tõhusalt vähendada ühisrežiimi häireid.

Tavaliselt kasutatav kihiline struktuur: 4-kihiline plaat

Järgnevas on kasutatud 4-kihilise plaadi näidet, et illustreerida, kuidas optimeerida erinevate lamineeritud struktuuride paigutust ja kombineerimist.

Tavaliselt kasutatavate 4-kihiliste plaatide jaoks on järgmised virnastamisviisid (ülevalt alla).

(1) Siganl_1 (ülemine), GND (sisemine_1), POWER (sisemine_2), Siganl_2 (alumine).

(2) Siganl_1 (ülemine), POWER (sisemine_1), GND (sisemine_2), Siganl_2 (alumine).

(3) POWER (ülemine), Siganl_1 (sisemine_1), GND (sisemine_2), Siganl_2 (alumine).

Ilmselgelt puudub 3. variandil tõhus side toitekihi ja aluskihi vahel ning seda ei tohiks kasutada.

Kuidas siis valida valikud 1 ja 2?

Tavaolukorras valivad projekteerijad 1-kihilise plaadi struktuuriks 4. variandi. Valiku põhjuseks ei ole mitte see, et varianti 2 ei saa kasutada, vaid see, et üldine PCB-plaat asetab komponendid ainult pealmisele kihile, seega on sobivam kasutada 1. võimalust.

Kuid kui komponente on vaja paigutada nii ülemisele kui ka alumisele kihile ning sisemise toitekihi ja maapinna kihi vaheline dielektriline paksus on suur ja ühendus on halb, tuleb arvestada, kummal kihil on vähem signaaliliine. 1. valiku puhul on alumisel kihil vähem signaaliliine ja POWER kihiga ühendamiseks saab kasutada suure pindalaga vaskkilet; vastupidi, kui komponendid paiknevad peamiselt alumisel kihil, tuleks plaadi valmistamiseks kasutada varianti 2.

Kui kasutatakse lamineeritud konstruktsiooni, on jõukiht ja aluskiht juba ühendatud. Arvestades sümmeetrianõudeid, võetakse üldiselt kasutusele skeem 1.

6-kihiline plaat

Pärast 4-kihilise plaadi lamineeritud struktuuri analüüsi lõpetamist kasutatakse järgnevas 6-kihilise plaadi kombinatsiooni näidet, et illustreerida 6-kihilise plaadi paigutust ja kombinatsiooni ning eelistatud meetodit.

(1) Siganl_1 (ülemine), GND (sisemine_1), Siganl_2 (sisemine_2), Siganl_3 (sisemine_3), võimsus (sisemine_4), Siganl_4 (alumine).

Lahendus 1 kasutab 4 signaalikihti ja 2 sisemist toite/maanduskihti, millel on rohkem signaalikihte, mis soodustab komponentidevahelist juhtmetööd, kuid ka selle lahenduse vead on ilmsemad, mis avalduvad kahes järgmises aspektis:

① Toitetasand ja maatasapind on teineteisest kaugel ja need ei ole piisavalt ühendatud.

② Signaalikiht Siganl_2 (Sisemine_2) ja Siganl_3 (Sisemine_3) on vahetult kõrvuti, seega pole signaali isolatsioon hea ja ülekõla on kerge tekkima.

(2) Siganl_1 (ülemine), Siganl_2 (sisemine_1), POWER (sisemine_2), GND (sisemine_3), Siganl_3 (sisemine_4), Siganl_4 (alumine).

Skeem 2 Võrreldes skeemiga 1 on toitekiht ja maatasapind täielikult ühendatud, millel on skeemi 1 ees teatud eelised, kuid

Signaalikihid Siganl_1 (ülemine) ja Siganl_2 (sisemine_1) ning Siganl_3 (sisemine_4) ja Siganl_4 (alumine) on vahetult üksteise kõrval. Signaali isolatsioon ei ole hea ja läbirääkimise probleem ei ole lahendatud.

(3) Siganl_1 (ülemine), GND (sisemine_1), Siganl_2 (sisemine_2), POWER (sisemine_3), GND (sisemine_4), Siganl_3 (alumine).

Võrreldes skeemidega 1 ja 2, on skeemil 3 üks vähem signaalikihti ja üks rohkem sisemist elektrikihti. Kuigi juhtmestiku jaoks saadaolevaid kihte on vähendatud, lahendab see skeem skeemi 1 ja skeemi 2 tavalised vead.

① Toitetasand ja maatasapind on tihedalt ühendatud.

② Iga signaalikiht külgneb vahetult sisemise elektrikihiga ja on teistest signaalikihtidest tõhusalt isoleeritud ning ülekõla pole kerge tekkima.

③ Siganl_2 (Inner_2) külgneb kahe sisemise elektrikihiga GND (Inner_1) ja POWER (Inner_3), mida saab kasutada kiirete signaalide edastamiseks. Kaks sisemist elektrikihti suudavad tõhusalt varjestada välismaailma häireid kihile Siganl_2 (Inner_2) ja häireid Siganl_2 (sisemine_2) välismaailmale.

Kõigis aspektides on skeem 3 ilmselt kõige optimeeritum. Samal ajal on skeem 3 ka tavaliselt kasutatav lamineeritud struktuur 6-kihiliste plaatide jaoks. Eeltoodud kahe näite analüüsi kaudu usun, et lugejal on teatud arusaam kaskaadstruktuurist, kuid teatud juhtudel ei suuda teatud skeem täita kõiki nõudeid, mis nõuab erinevate projekteerimispõhimõtete prioriteetsuse arvestamist. Kuna trükkplaadi kihi kujundus on tihedalt seotud tegeliku vooluahela omadustega, on erinevate vooluahelate häiretevastane jõudlus ja disainifookus paraku erinevad, mistõttu tegelikult pole neil põhimõtetel kindlaksmääratud prioriteeti. Kindel on aga see, et projekteerimisel tuleb esmalt järgida konstruktsioonipõhimõtet 2 (sisemine toitekiht ja maapealne kiht peavad olema tihedalt ühendatud) ja kui vooluringis on vaja edastada kiireid signaale, siis projekteerimispõhimõte 3 (kiire signaaliedastuskiht ahelas) See peaks olema signaali vahekiht ja jääma kahe sisemise elektrikihi vahele) peab olema täidetud.

10-kihiline plaat

PCB tüüpiline 10-kihilise plaadi disain

Üldine juhtmestiku järjestus on ÜLEMINE – GND – signaalikiht – toitekiht – GND – signaalikiht – toitekiht – signaalikiht – GND – ALUM

Juhtmete järjestus ise ei pruugi olla fikseeritud, kuid selle piiramiseks kehtivad mõned standardid ja põhimõtted: Näiteks ülemise ja alumise kihi külgnevad kihid kasutavad GND-d, et tagada üksiku plaadi EMC omadused; näiteks iga signaalikiht eelistatavalt kasutab võrdlustasandina GND kihti; kogu ühes plaadis kasutatav toiteallikas asetatakse eelistatavalt tervele vasetükile; vastuvõtlikud, kiired ja eelistatud minna mööda hüppe sisemist kihti jne.