Principio de deseño da capa de deseño laminado PCB e estrutura laminada común

Antes de proxectar PCB multicapa placa, o deseñador debe determinar primeiro a estrutura da placa de circuíto utilizada segundo a escala do circuíto, o tamaño da placa de circuíto e os requisitos de compatibilidade electromagnética (EMC), é dicir, decidir se usa 4 capas, 6 capas ou máis capas de placas de circuíto. . Despois de determinar o número de capas, determina onde colocar as capas eléctricas internas e como distribuír diferentes sinais nestas capas. Esta é a elección da estrutura de pila de PCB multicapa.

ipcb

A estrutura laminada é un factor importante que afecta o rendemento EMC das placas PCB e tamén é un medio importante para suprimir as interferencias electromagnéticas. Este artigo presenta o contido relevante da estrutura de pila de placas PCB multicapa.

Despois de determinar o número de capas de potencia, terra e sinal, a disposición relativa delas é un tema que todo enxeñeiro de PCB non pode evitar;

Principio xeral da disposición de capas:

1. Para determinar a estrutura laminada dunha placa PCB multicapa, hai que ter en conta máis factores. Desde a perspectiva do cableado, cantas máis capas, mellor será o cableado, pero tamén aumentará o custo e a dificultade da fabricación de placas. Para os fabricantes, se a estrutura laminada é simétrica ou non é o foco ao que se debe prestar atención cando se fabrican placas PCB, polo que a elección do número de capas debe ter en conta as necesidades de todos os aspectos para conseguir o mellor equilibrio. Para os deseñadores experimentados, despois de completar o deseño previo dos compoñentes, centraranse na análise do pescozo de botella do cableado do PCB. Combínase con outras ferramentas EDA para analizar a densidade de cableado da placa de circuíto; a continuación, sintetizar o número e os tipos de liñas de sinal con requisitos especiais de cableado, como liñas diferenciais, liñas de sinal sensibles, etc., para determinar o número de capas de sinal; a continuación, segundo o tipo de fonte de alimentación, illamento e anti-interferencia Os requisitos para determinar o número de capas eléctricas internas. Deste xeito, determínase basicamente o número de capas de toda a placa de circuíto.

2. A parte inferior da superficie do compoñente (a segunda capa) é o plano de terra, que proporciona a capa de blindaxe do dispositivo e o plano de referencia para o cableado superior; a capa de sinal sensible debe estar adxacente a unha capa eléctrica interna (capa de enerxía interna/terra), utilizando a gran capa eléctrica interna Película de cobre para proporcionar blindaxe á capa de sinal. A capa de transmisión de sinal de alta velocidade no circuíto debe ser unha capa intermedia de sinal e intercalada entre dúas capas eléctricas internas. Deste xeito, a película de cobre das dúas capas eléctricas internas pode proporcionar blindaxe electromagnética para a transmisión de sinal de alta velocidade e, ao mesmo tempo, pode limitar eficazmente a radiación do sinal de alta velocidade entre as dúas capas eléctricas internas sen causar interferencia externa.

3. Todas as capas de sinal están o máis preto posible do plano terrestre;

4. Intente evitar dúas capas de sinal directamente adxacentes entre si; é doado introducir a diafonía entre as capas de sinal adxacentes, o que provoca un fallo da función do circuíto. Engadir un plano de terra entre as dúas capas de sinal pode evitar eficazmente a diafonía.

5. A fonte de enerxía principal está o máis próxima posible a ela correspondente;

6. Ter en conta a simetría da estrutura laminada.

7. Para o deseño de capas da placa base, é difícil que as placas nai existentes controlen a fiación paralela de longa distancia. Para a frecuencia de funcionamento a nivel de placa superior a 50MHZ (consulte a situación por debaixo de 50MHZ, relaxarse ​​adecuadamente), recoméndase organizar o principio:

A superficie do compoñente e a superficie de soldadura son un plano de terra completo (escudo); Non hai capas de cableado paralelas adxacentes; Todas as capas de sinal están o máis preto posible do plano de terra;

O sinal clave está adxacente ao chan e non atravesa a partición.

Nota: ao configurar as capas específicas de PCB, os principios anteriores deben dominarse de forma flexible. Con base na comprensión dos principios anteriores, segundo os requisitos reais da placa única, tales como: se é necesaria unha capa de cableado clave, fonte de alimentación, división do plano de terra, etc., Determine a disposición das capas e non. non basta con copialo sen rodeos ou agárrao.

8. Varias capas eléctricas internas conectadas a terra poden reducir eficazmente a impedancia do chan. Por exemplo, a capa de sinal A e a capa de sinal B usan planos de terra separados, o que pode reducir eficazmente a interferencia do modo común.

A estrutura en capas de uso común: tarxeta de 4 capas

A continuación úsase un exemplo dunha placa de 4 capas para ilustrar como optimizar a disposición e combinación de varias estruturas laminadas.

Para as placas de 4 capas de uso habitual, existen os seguintes métodos de apilado (de arriba a abaixo).

(1) Siganl_1 (arriba), GND (interior_1), POWER (interior_2), Siganl_2 (inferior).

(2) Siganl_1 (arriba), POWER (interior_1), GND (interior_2), Siganl_2 (inferior).

(3) POWER (arriba), Siganl_1 (Inner_1), GND (Inner_2), Siganl_2 (Abaixo).

Obviamente, a opción 3 carece dun acoplamento efectivo entre a capa de potencia e a capa de terra e non debería adoptarse.

Entón, como deberían seleccionarse as opcións 1 e 2?

En circunstancias normais, os deseñadores escollerán a opción 1 como estrutura do taboleiro de 4 capas. O motivo da elección non é que non se poida adoptar a opción 2, senón que a placa xeral de PCB só coloca compoñentes na capa superior, polo que é máis apropiado adoptar a opción 1.

Pero cando hai que colocar compoñentes tanto na capa superior como na inferior, e o grosor dieléctrico entre a capa de enerxía interna e a capa de terra é grande e o acoplamento é pobre, hai que ter en conta que capa ten menos liñas de sinal. Para a opción 1, hai menos liñas de sinal na capa inferior e pódese usar unha película de cobre de gran área para acoplarse coa capa POWER; pola contra, se os compoñentes están dispostos principalmente na capa inferior, a opción 2 debería usarse para facer o taboleiro.

Se se adopta unha estrutura laminada, a capa de potencia e a capa de terra xa están acopladas. Considerando os requisitos de simetría, adóptase xeralmente o esquema 1.

Placa de 6 capas

Despois de completar a análise da estrutura laminada do taboleiro de 4 capas, a continuación úsase un exemplo da combinación de placas de 6 capas para ilustrar a disposición e combinación do taboleiro de 6 capas e o método preferido.

(1) Siganl_1 (arriba), GND (Inner_1), Siganl_2 (Inner_2), Siganl_3 (Inner_3), potencia (Inner_4), Siganl_4 (inferior).

A solución 1 utiliza 4 capas de sinal e 2 capas de potencia/terra internas, con máis capas de sinal, o que favorece o traballo de cableado entre os compoñentes, pero os defectos desta solución tamén son máis evidentes, que se manifestan nos dous aspectos seguintes:

① O plano de potencia e o plano de terra están afastados e non están suficientemente acoplados.

② A capa de sinal Siganl_2 (Inner_2) e Siganl_3 (Inner_3) están directamente adxacentes, polo que o illamento do sinal non é bo e é fácil que se produza a diafonía.

(2) Siganl_1 (arriba), Siganl_2 (Inner_1), POWER (Inner_2), GND (Inner_3), Siganl_3 (Inner_4), Siganl_4 (Abaixo).

Esquema 2 En comparación co esquema 1, a capa de potencia e o plano de terra están totalmente acoplados, o que ten certas vantaxes sobre o esquema 1, pero

As capas de sinal Siganl_1 (arriba) e Siganl_2 (Inner_1) e Siganl_3 (Inner_4) e Siganl_4 (inferior) están directamente adxacentes entre si. O illamento do sinal non é bo e o problema da diafonía non está resolto.

(3) Siganl_1 (arriba), GND (Inner_1), Siganl_2 (Inner_2), POWER (Inner_3), GND (Inner_4), Siganl_3 (inferior).

En comparación co esquema 1 e o esquema 2, o esquema 3 ten unha capa de sinal menos e unha capa eléctrica interna máis. Aínda que as capas dispoñibles para o cableado son reducidas, este esquema resolve os defectos comúns do Esquema 1 e do Esquema 2.

① O plano de potencia e o plano de terra están estreitamente acoplados.

② Cada capa de sinal está directamente adxacente á capa eléctrica interna e está illada efectivamente doutras capas de sinal, e non é fácil producirse a diafonía.

③ Siganl_2 (Inner_2) está adxacente ás dúas capas eléctricas internas GND (Inner_1) e POWER (Inner_3), que se poden usar para transmitir sinais de alta velocidade. As dúas capas eléctricas internas poden protexer eficazmente a interferencia do mundo exterior á capa Siganl_2 (Inner_2) e a interferencia de Siganl_2 (Inner_2) ao mundo exterior.

En todos os aspectos, o esquema 3 é obviamente o máis optimizado. Ao mesmo tempo, o esquema 3 tamén é unha estrutura laminada de uso común para placas de 6 capas. A través da análise dos dous exemplos anteriores, creo que o lector ten unha certa comprensión da estrutura en cascada, pero nalgúns casos, un determinado esquema non pode cumprir todos os requisitos, o que require a consideración da prioridade de varios principios de deseño. Desafortunadamente, debido ao feito de que o deseño da capa da placa de circuíto está intimamente relacionado coas características do circuíto real, o rendemento anti-interferencia e o foco de deseño dos diferentes circuítos son diferentes, polo que, de feito, estes principios non teñen unha prioridade determinada para a referencia. Pero o que é certo é que o principio de deseño 2 (a capa de enerxía interna e a capa de terra deben estar estreitamente acopladas) deben cumprirse primeiro no deseño e, se os sinais de alta velocidade deben transmitirse no circuíto, entón o principio de deseño 3. (Capa de transmisión de sinal de alta velocidade no circuíto) Debe ser a capa intermedia de sinal e intercalada entre dúas capas eléctricas internas).

Placa de 10 capas

Deseño típico de placas de 10 capas de PCB

A secuencia de cableado xeral é TOP–GND—capa de sinal—capa de potencia—GND—capa de sinal—capa de potencia—capa de sinal—GND—INFERIOR

A secuencia de cableado en si non é necesariamente fixa, pero hai algúns estándares e principios para restrinxila: Por exemplo, as capas adxacentes da capa superior e da capa inferior usan GND para garantir as características EMC da placa única; por exemplo, cada capa de sinal utiliza preferentemente a capa GND como Plano de referencia; a fonte de alimentación utilizada en toda a placa única sitúase preferentemente sobre unha peza enteira de cobre; o susceptible, de alta velocidade e preferido percorrer a capa interior do salto, etc.