Ennen suunnittelua monikerroksinen piirilevy board, the designer needs to first determine the circuit board structure used according to the circuit scale, circuit board size and electromagnetic compatibility (EMC) requirements, that is, to decide whether to use 4 layers, 6 layers, or More layers of circuit boards. After determining the number of layers, determine where to place the internal electrical layers and how to distribute different signals on these layers. This is the choice of multilayer PCB stack structure.

Laminoitu rakenne on tärkeä tekijä, joka vaikuttaa piirilevyjen EMC-suorituskykyyn, ja se on myös tärkeä keino vaimentaa sähkömagneettisia häiriöitä. Tässä artikkelissa esitellään monikerroksisen piirilevyn pinorakenteen olennainen sisältö.

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

Kerrosten järjestelyn yleinen periaate:

1. Monikerroksisen piirilevyn laminoidun rakenteen määrittämiseksi on otettava huomioon useampia tekijöitä. Johdotuksen näkökulmasta mitä enemmän kerroksia, sitä parempi johdotus, mutta myös levyvalmistuksen kustannukset ja vaikeus kasvavat. Valmistajille piirilevyjä valmistettaessa on kiinnitettävä huomiota siihen, onko laminoitu rakenne symmetrinen vai ei, joten kerrosten lukumäärää valittaessa on otettava huomioon kaikkien näkökohtien tarpeet parhaan tasapainon saavuttamiseksi. Kokeneet suunnittelijat keskittyvät komponenttien esiasettelun jälkeen piirilevyn johdotuksen pullonkaulan analysointiin. Yhdistä muiden EDA-työkalujen kanssa analysoidaksesi piirilevyn kytkentätiheyttä; sitten syntetisoi signaalilinjojen lukumäärä ja tyypit erityisillä johdotusvaatimuksilla, kuten differentiaalilinjat, herkät signaalilinjat jne., määrittääksesi signaalikerrosten lukumäärän; sitten virtalähteen tyypin mukaan, eristys ja häiriönsuoja Vaatimukset sisäisten sähköisten kerrosten lukumäärän määrittämiseksi. Tällä tavalla määritetään periaatteessa koko piirilevyn kerrosten lukumäärä.

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. Kaikki signaalikerrokset ovat mahdollisimman lähellä maatasoa;

4. Yritä välttää kahta suoraan vierekkäistä signaalikerrosta; vierekkäisten signaalikerrosten välillä on helppo ottaa käyttöön ylikuulumista, mikä johtaa piirin toimintahäiriöön. Maatason lisääminen kahden signaalikerroksen väliin voi tehokkaasti välttää ylikuulumisen.

5. Päävirtalähde on mahdollisimman lähellä sitä vastaavasti;

6. Ota huomioon laminoidun rakenteen symmetria.

7. Emolevyn kerrosasettelun osalta olemassa olevien emolevyjen on vaikea ohjata rinnakkaisia ​​pitkän matkan johdotuksia. Korttitason toimintataajuudelle yli 50 MHz (katso tilanne alle 50 MHz, rentoudu sopivasti), on suositeltavaa järjestää periaate:

Komponenttipinta ja hitsauspinta ovat täydellinen maataso (suoja);Ei vierekkäisiä rinnakkaisia ​​johdotuskerroksia;Kaikki signaalikerrokset ovat mahdollisimman lähellä maatasoa;

Avainsignaali on maan vieressä eikä ylitä väliseinää.

Huomautus: Kun määrität tiettyjä piirilevykerroksia, yllä olevat periaatteet tulee hallita joustavasti. Yllä olevien periaatteiden ymmärtämisen perusteella yksittäisen levyn todellisten vaatimusten mukaan, kuten: tarvitaanko avainjohdotuskerrosta, virtalähdettä, maatason jakoa jne. , Määritä kerrosten järjestely ja älä t kopioi sitä suoraan tai pidä siitä kiinni.

8. Multiple grounded internal electrical layers can effectively reduce ground impedance. For example, the A signal layer and the B signal layer use separate ground planes, which can effectively reduce common mode interference.

The commonly used layered structure:4-layer board

Seuraavassa käytetään esimerkkiä 4-kerroksisesta levystä havainnollistamaan, kuinka erilaisten laminoitujen rakenteiden järjestely ja yhdistelmä voidaan optimoida.

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

(1) Siganl_1 (yläosa), GND (sisä_1), POWER (sisä_2), Siganl_2 (alhaalla).

(2) Siganl_1 (yläosa), POWER (Sisä_1), GND (Sisä_2), Siganl_2 (Alhaalla).

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

Ilmeisesti vaihtoehdosta 3 puuttuu tehokas kytkentä tehokerroksen ja maakerroksen välillä, eikä sitä pitäisi hyväksyä.

Miten vaihtoehdot 1 ja 2 sitten pitäisi valita?

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.

Mutta kun komponentteja on asetettava sekä ylä- että alakerrokseen ja sisäisen tehokerroksen ja maakerroksen välinen dielektrinen paksuus on suuri ja kytkentä huono, on harkittava, kummassa kerroksessa on vähemmän signaalilinjoja. Vaihtoehdossa 1 on vähemmän signaalilinjoja alimmalla kerroksella, ja suuren alueen kuparikalvoa voidaan käyttää kytkeytymään POWER-kerrokseen; päinvastoin, jos komponentit on sijoitettu pääosin alimmalle kerrokselle, levyn valmistuksessa tulisi käyttää vaihtoehtoa 2.

Jos käytetään laminoitua rakennetta, tehokerros ja pohjakerros on jo kytketty. Symmetriavaatimukset huomioon ottaen kaavio 1 on yleisesti hyväksytty.

6-kerroksinen levy

Kun 4-kerroksisen levyn laminoidun rakenteen analyysi on valmis, seuraavassa käytetään esimerkkiä 6-kerroksisen levyn yhdistelmästä havainnollistamaan 6-kerroksisen levyn järjestelyä ja yhdistelmää sekä suositeltua menetelmää.

(1) Siganl_1 (Yläosa), GND (Sisä_1), Siganl_2 (Sisä_2), Siganl_3 (Sisä_3), Teho (Sisä_4), Siganl_4 (Alhaalla).

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 Signaalikerros Siganl_2 (Inner_2) ja Siganl_3 (Inner_3) ovat suoraan vierekkäin, joten signaalin eristys ei ole hyvä ja ylikuuluminen on helppoa.

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

Kaavio 2 Kaavioon 1 verrattuna tehokerros ja maataso ovat täysin kytkettyinä, millä on tiettyjä etuja kaavioon 1 verrattuna, mutta

Siganl_1 (Top) and Siganl_2 (Inner_1) and Siganl_3 (Inner_4) and Siganl_4 (Bottom) signal layers are directly adjacent to each other. The signal isolation is not good, and the problem of crosstalk is not solved.

(3) Siganl_1 (yläosa), GND (sisä_1), Siganl_2 (sisä_2), POWER (sisä_3), GND (sisä_4), Siganl_3 (ala).

Compared to Scheme 1 and Scheme 2, Scheme 3 has one less signal layer and one more internal electrical layer. Although the layers available for wiring are reduced, this scheme solves the common defects of Scheme 1 and Scheme 2.

① The power plane and ground plane are tightly coupled.

② Jokainen signaalikerros on suoraan sisemmän sähkökerroksen vieressä ja on tehokkaasti eristetty muista signaalikerroksista, eikä ylikuulumista ole helppoa.

③ Siganl_2 (Inner_2) is adjacent to the two inner electrical layers GND (Inner_1) and POWER (Inner_3), which can be used to transmit high-speed signals. The two inner electrical layers can effectively shield the interference from the outside world to the Siganl_2 (Inner_2) layer and the interference from Siganl_2 (Inner_2) to the outside world.

Kaava 3 on kaikin puolin selvästikin optimoitu. Samanaikaisesti kaavio 3 on myös yleisesti käytetty laminoitu rakenne 6-kerroksisille levyille. Yllä olevien kahden esimerkin analyysin perusteella uskon, että lukijalla on tietty käsitys peräkkäisestä rakenteesta, mutta joissain tapauksissa tietty kaavio ei voi täyttää kaikkia vaatimuksia, mikä edellyttää eri suunnitteluperiaatteiden tärkeysjärjestyksen huomioimista. Valitettavasti johtuen siitä tosiasiasta, että piirilevykerroksen rakenne liittyy läheisesti todellisen piirin ominaisuuksiin, eri piirien häiriönestokyky ja suunnittelun painopiste ovat erilaiset, joten itse asiassa näillä periaatteilla ei ole määriteltyä prioriteettia viitteenä. Mutta varmaa on se, että suunnitteluperiaate 2 (sisäinen tehokerros ja maakerros tulee olla tiiviisti kytketty) on täytettävä ensin suunnittelussa ja jos nopeita signaaleja on lähetettävä piirissä, niin suunnitteluperiaate 3 (nopea signaalinsiirtokerros piirissä) Sen pitäisi olla signaalin välikerros ja kahden sisäisen sähkökerroksen välissä) on täytettävä.

10-kerroksinen levy

Tyypillinen 10-kerroksinen piirilevyrakenne

Yleinen kytkentäjärjestys on YLÄ – GND – signaalikerros – tehokerros – GND – signaalikerros – tehokerros – signaalikerros – GND – BOTTOM

Itse kytkentäjärjestys ei välttämättä ole kiinteä, mutta on olemassa joitakin standardeja ja periaatteita, jotka rajoittavat sitä: Esimerkiksi yläkerroksen ja alakerroksen vierekkäiset kerrokset käyttävät GND:tä yksittäisen levyn EMC-ominaisuuksien varmistamiseksi; esimerkiksi kukin signaalikerros edullisesti käyttää GND-kerrosta vertailutasona; koko yksittäisessä levyssä käytetty virtalähde asetetaan mieluiten koko kuparipalalle; herkät, nopeat ja mieluummin kulkevat hypyn sisäkerrosta pitkin jne.