ડિઝાઇન કરતા પહેલા મલ્ટિલેયર પીસીબી બોર્ડ, ડિઝાઇનરે પહેલા સર્કિટ સ્કેલ, સર્કિટ બોર્ડનું કદ અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સુસંગતતા (EMC) જરૂરિયાતો અનુસાર ઉપયોગમાં લેવાતા સર્કિટ બોર્ડનું માળખું નક્કી કરવાની જરૂર છે, એટલે કે, સર્કિટ બોર્ડના 4 સ્તરો, 6 સ્તરો અથવા વધુ સ્તરોનો ઉપયોગ કરવો કે કેમ તે નક્કી કરવા માટે. . સ્તરોની સંખ્યા નક્કી કર્યા પછી, આંતરિક વિદ્યુત સ્તરો ક્યાં મૂકવા અને આ સ્તરો પર વિવિધ સંકેતોનું વિતરણ કેવી રીતે કરવું તે નિર્ધારિત કરો. આ મલ્ટિલેયર PCB સ્ટેક સ્ટ્રક્ચરની પસંદગી છે.

લેમિનેટેડ સ્ટ્રક્ચર એ એક મહત્વપૂર્ણ પરિબળ છે જે PCB બોર્ડના EMC પ્રદર્શનને અસર કરે છે, અને તે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક હસ્તક્ષેપને દબાવવાનું એક મહત્વપૂર્ણ માધ્યમ પણ છે. આ લેખ મલ્ટિલેયર PCB બોર્ડ સ્ટેક સ્ટ્રક્ચરની સંબંધિત સામગ્રીનો પરિચય આપે છે.

પાવર, ગ્રાઉન્ડ અને સિગ્નલ સ્તરોની સંખ્યા નક્કી કર્યા પછી, તેમની સંબંધિત ગોઠવણી એ એક એવો વિષય છે જેને દરેક PCB એન્જિનિયર ટાળી શકતા નથી;

સ્તરની ગોઠવણીનો સામાન્ય સિદ્ધાંત:

1. મલ્ટિલેયર પીસીબી બોર્ડની લેમિનેટેડ સ્ટ્રક્ચર નક્કી કરવા માટે, વધુ પરિબળો ધ્યાનમાં લેવાની જરૂર છે. વાયરિંગના પરિપ્રેક્ષ્યમાં, વધુ સ્તરો, વાયરિંગ વધુ સારું, પરંતુ બોર્ડના ઉત્પાદનની કિંમત અને મુશ્કેલી પણ વધશે. ઉત્પાદકો માટે, લેમિનેટેડ માળખું સપ્રમાણ છે કે નહીં તે ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવાની જરૂર છે જ્યારે PCB બોર્ડનું ઉત્પાદન કરવામાં આવે છે, તેથી સ્તરોની સંખ્યાની પસંદગીને શ્રેષ્ઠ સંતુલન પ્રાપ્ત કરવા માટે તમામ પાસાઓની જરૂરિયાતોને ધ્યાનમાં લેવાની જરૂર છે. અનુભવી ડિઝાઇનરો માટે, ઘટકોના પૂર્વ-લેઆઉટને પૂર્ણ કર્યા પછી, તેઓ PCB વાયરિંગ અવરોધના વિશ્લેષણ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરશે. સર્કિટ બોર્ડના વાયરિંગની ઘનતાનું વિશ્લેષણ કરવા માટે અન્ય EDA સાધનો સાથે જોડો; પછી સિગ્નલ સ્તરોની સંખ્યા નક્કી કરવા માટે, વિશિષ્ટ વાયરિંગ આવશ્યકતાઓ, જેમ કે વિભેદક રેખાઓ, સંવેદનશીલ સિગ્નલ રેખાઓ વગેરે સાથે સિગ્નલ લાઇનની સંખ્યા અને પ્રકારોનું સંશ્લેષણ કરો; પછી વીજ પુરવઠો, અલગતા અને વિરોધી હસ્તક્ષેપના પ્રકાર અનુસાર આંતરિક વિદ્યુત સ્તરોની સંખ્યા નક્કી કરવા માટેની આવશ્યકતાઓ. આ રીતે, સમગ્ર સર્કિટ બોર્ડના સ્તરોની સંખ્યા મૂળભૂત રીતે નક્કી કરવામાં આવે છે.

2. ઘટક સપાટીની નીચે (બીજા સ્તર) ગ્રાઉન્ડ પ્લેન છે, જે ઉપકરણને રક્ષણાત્મક સ્તર અને ટોચના વાયરિંગ માટે સંદર્ભ પ્લેન પ્રદાન કરે છે; સંવેદનશીલ સિગ્નલ સ્તર આંતરિક વિદ્યુત સ્તર (આંતરિક પાવર/ગ્રાઉન્ડ લેયર) ને અડીને હોવું જોઈએ, સિગ્નલ સ્તર માટે રક્ષણ પૂરું પાડવા માટે મોટા આંતરિક વિદ્યુત સ્તર કોપર ફિલ્મનો ઉપયોગ કરીને. સર્કિટમાં હાઇ-સ્પીડ સિગ્નલ ટ્રાન્સમિશન લેયર સિગ્નલ ઇન્ટરમીડિયેટ લેયર હોવું જોઈએ અને બે આંતરિક વિદ્યુત સ્તરો વચ્ચે સેન્ડવિચ કરેલું હોવું જોઈએ. આ રીતે, બે આંતરિક ઇલેક્ટ્રિક સ્તરોની કોપર ફિલ્મ હાઇ-સ્પીડ સિગ્નલ ટ્રાન્સમિશન માટે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક કવચ પ્રદાન કરી શકે છે, અને તે જ સમયે, તે બે આંતરિક ઇલેક્ટ્રિક સ્તરો વચ્ચેના હાઇ-સ્પીડ સિગ્નલના રેડિયેશનને અસરકારક રીતે મર્યાદિત કરી શકે છે. બાહ્ય હસ્તક્ષેપ.

3. તમામ સિગ્નલ સ્તરો જમીનના વિમાનની શક્ય તેટલી નજીક છે;

4. એકબીજાને સીધા અડીને બે સિગ્નલ સ્તરોને ટાળવાનો પ્રયાસ કરો; નજીકના સિગ્નલ સ્તરો વચ્ચે ક્રોસસ્ટૉક દાખલ કરવું સરળ છે, પરિણામે સર્કિટ કાર્ય નિષ્ફળ થાય છે. બે સિગ્નલ સ્તરો વચ્ચે ગ્રાઉન્ડ પ્લેન ઉમેરવાથી ક્રોસસ્ટોકને અસરકારક રીતે ટાળી શકાય છે.

5. મુખ્ય પાવર સ્ત્રોત અનુરૂપ તેની શક્ય તેટલી નજીક છે;

6. લેમિનેટેડ સ્ટ્રક્ચરની સપ્રમાણતાને ધ્યાનમાં લો.

7. મધરબોર્ડના લેયર લેઆઉટ માટે, હાલના મધરબોર્ડ માટે સમાંતર લાંબા-અંતરના વાયરિંગને નિયંત્રિત કરવું મુશ્કેલ છે. 50MHZ થી ઉપરની બોર્ડ-લેવલ ઓપરેટિંગ આવર્તન માટે (50MHZ ની નીચેની પરિસ્થિતિનો સંદર્ભ લો, કૃપા કરીને યોગ્ય રીતે આરામ કરો), સિદ્ધાંતને ગોઠવવાની ભલામણ કરવામાં આવે છે:

ઘટક સપાટી અને વેલ્ડીંગ સપાટી સંપૂર્ણ ગ્રાઉન્ડ પ્લેન (શિલ્ડ) છે; કોઈ અડીને સમાંતર વાયરિંગ સ્તરો નથી; તમામ સિગ્નલ સ્તરો ગ્રાઉન્ડ પ્લેનની શક્ય તેટલી નજીક છે;

કી સિગ્નલ જમીનને અડીને છે અને પાર્ટીશનને પાર કરતું નથી.

નોંધ: ચોક્કસ PCB સ્તરો સેટ કરતી વખતે, ઉપરોક્ત સિદ્ધાંતો લવચીક રીતે માસ્ટર્ડ હોવા જોઈએ. ઉપરોક્ત સિદ્ધાંતોની સમજના આધારે, સિંગલ બોર્ડની વાસ્તવિક જરૂરિયાતો અનુસાર, જેમ કે: કી વાયરિંગ લેયર, પાવર સપ્લાય, ગ્રાઉન્ડ પ્લેન ડિવિઝન જરૂરી છે કે કેમ, વગેરે. , સ્તરોની ગોઠવણી નક્કી કરો અને ‘ ફક્ત તેને સ્પષ્ટપણે નકલ ન કરો, અથવા તેને પકડી રાખો.

8. બહુવિધ ગ્રાઉન્ડેડ આંતરિક વિદ્યુત સ્તરો અસરકારક રીતે ગ્રાઉન્ડ અવરોધને ઘટાડી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, A સિગ્નલ લેયર અને B સિગ્નલ લેયર અલગ-અલગ ગ્રાઉન્ડ પ્લેનનો ઉપયોગ કરે છે, જે સામાન્ય મોડની દખલગીરીને અસરકારક રીતે ઘટાડી શકે છે.

સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતું સ્તરીય માળખું: 4-સ્તર બોર્ડ

વિવિધ લેમિનેટેડ સ્ટ્રક્ચર્સની ગોઠવણી અને સંયોજનને કેવી રીતે ઑપ્ટિમાઇઝ કરવું તે સમજાવવા માટે નીચેના 4-સ્તરવાળા બોર્ડના ઉદાહરણનો ઉપયોગ કરે છે.

સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા 4-લેયર બોર્ડ માટે, નીચેની સ્ટેકીંગ પદ્ધતિઓ છે (ઉપરથી નીચે સુધી).

(1) Siganl_1 (ટોપ), GND (Inner_1), POWER (Inner_2), Siganl_2 (નીચે).

(2) Siganl_1 (ટોપ), POWER (Inner_1), GND (Inner_2), Siganl_2 (નીચે).

(3) POWER (ટોપ), Siganl_1 (Inner_1), GND (Inner_2), Siganl_2 (નીચે).

દેખીતી રીતે, વિકલ્પ 3 માં પાવર લેયર અને ગ્રાઉન્ડ લેયર વચ્ચે અસરકારક જોડાણનો અભાવ છે અને તેને અપનાવવો જોઈએ નહીં.

તો પછી વિકલ્પો 1 અને 2 કેવી રીતે પસંદ કરવા જોઈએ?

સામાન્ય સંજોગોમાં, ડિઝાઇનર્સ 1-સ્તરવાળા બોર્ડની રચના તરીકે વિકલ્પ 4 પસંદ કરશે. પસંદગીનું કારણ એ નથી કે વિકલ્પ 2 અપનાવી શકાતો નથી, પરંતુ સામાન્ય PCB બોર્ડ માત્ર ઉપરના સ્તર પર ઘટકો મૂકે છે, તેથી વિકલ્પ 1 અપનાવવો વધુ યોગ્ય છે.

પરંતુ જ્યારે ઘટકોને ઉપર અને નીચે બંને સ્તરો પર મૂકવાની જરૂર હોય, અને આંતરિક પાવર લેયર અને ગ્રાઉન્ડ લેયર વચ્ચેની ડાઇલેક્ટ્રિક જાડાઈ મોટી હોય અને કપલિંગ નબળું હોય, ત્યારે તે ધ્યાનમાં લેવું જરૂરી છે કે કયા સ્તરમાં ઓછી સિગ્નલ લાઇન છે. વિકલ્પ 1 માટે, નીચેના સ્તર પર ઓછી સિગ્નલ રેખાઓ છે, અને પાવર લેયર સાથે જોડવા માટે મોટા વિસ્તારની કોપર ફિલ્મનો ઉપયોગ કરી શકાય છે; તેનાથી વિપરિત, જો ઘટકો મુખ્યત્વે નીચેના સ્તર પર ગોઠવાયેલા હોય, તો બોર્ડ બનાવવા માટે વિકલ્પ 2 નો ઉપયોગ કરવો જોઈએ.

જો લેમિનેટેડ સ્ટ્રક્ચર અપનાવવામાં આવે, તો પાવર લેયર અને ગ્રાઉન્ડ લેયર પહેલેથી જ જોડાયેલા છે. સમપ્રમાણતાની જરૂરિયાતોને ધ્યાનમાં રાખીને, યોજના 1 સામાન્ય રીતે અપનાવવામાં આવે છે.

6-લેયર બોર્ડ

4-સ્તરવાળા બોર્ડના લેમિનેટ સ્ટ્રક્ચરનું વિશ્લેષણ પૂર્ણ કર્યા પછી, 6-સ્તરવાળા બોર્ડની ગોઠવણી અને સંયોજન અને પસંદગીની પદ્ધતિને સમજાવવા માટે નીચેના 6-સ્તર બોર્ડ સંયોજનના ઉદાહરણનો ઉપયોગ કરે છે.

(1) Siganl_1 (ટોપ), GND (Inner_1), Siganl_2 (Inner_2), Siganl_3 (Inner_3), પાવર (Inner_4), Siganl_4 (નીચે).

સોલ્યુશન 1 4 સિગ્નલ સ્તરો અને 2 આંતરિક પાવર/ગ્રાઉન્ડ સ્તરોનો ઉપયોગ કરે છે, વધુ સિગ્નલ સ્તરો સાથે, જે ઘટકો વચ્ચે વાયરિંગ કાર્ય માટે અનુકૂળ છે, પરંતુ આ ઉકેલની ખામીઓ પણ વધુ સ્પષ્ટ છે, જે નીચેના બે પાસાઓમાં પ્રગટ થાય છે:

① પાવર પ્લેન અને ગ્રાઉન્ડ પ્લેન ખૂબ જ દૂર છે અને તેઓ પૂરતા પ્રમાણમાં જોડાયેલા નથી.

② સિગ્નલ લેયર Siganl_2 (Inner_2) અને Siganl_3 (Inner_3) સીધા જ અડીને છે, તેથી સિગ્નલ આઇસોલેશન સારું નથી અને ક્રોસસ્ટૉક થવું સરળ છે.

(2) Siganl_1 (ટોપ), Siganl_2 (Inner_1), POWER (Inner_2), GND (Inner_3), Siganl_3 (Inner_4), Siganl_4 (નીચે).

સ્કીમ 2 સ્કીમ 1 ની સરખામણીમાં, પાવર લેયર અને ગ્રાઉન્ડ પ્લેન સંપૂર્ણપણે જોડાયેલા છે, જે સ્કીમ 1 કરતાં ચોક્કસ ફાયદા ધરાવે છે, પરંતુ

Siganl_1 (ટોપ) અને Siganl_2 (Inner_1) અને Siganl_3 (Inner_4) અને Siganl_4 (નીચે) સિગ્નલ સ્તરો સીધા એકબીજાને અડીને આવેલા છે. સિગ્નલ આઇસોલેશન સારું નથી, અને ક્રોસસ્ટોકની સમસ્યા હલ થતી નથી.

(3) Siganl_1 (ટોપ), GND (Inner_1), Siganl_2 (Inner_2), POWER (Inner_3), GND (Inner_4), Siganl_3 (નીચે).

સ્કીમ 1 અને સ્કીમ 2 ની સરખામણીમાં, સ્કીમ 3 માં એક ઓછું સિગ્નલ લેયર અને એક વધુ આંતરિક વિદ્યુત સ્તર છે. વાયરિંગ માટે ઉપલબ્ધ સ્તરોમાં ઘટાડો થયો હોવા છતાં, આ યોજના સ્કીમ 1 અને સ્કીમ 2 ની સામાન્ય ખામીઓને હલ કરે છે.

① પાવર પ્લેન અને ગ્રાઉન્ડ પ્લેન ચુસ્ત રીતે જોડાયેલા છે.

② દરેક સિગ્નલ સ્તર આંતરિક ઇલેક્ટ્રિક સ્તરની સીધી બાજુમાં છે, અને અન્ય સિગ્નલ સ્તરોથી અસરકારક રીતે અલગ છે, અને ક્રોસસ્ટૉક થવું સરળ નથી.

③ Siganl_2 (Inner_2) એ બે આંતરિક વિદ્યુત સ્તરો GND (Inner_1) અને POWER (Inner_3) ને અડીને છે, જેનો ઉપયોગ હાઇ-સ્પીડ સિગ્નલો ટ્રાન્સમિટ કરવા માટે થઈ શકે છે. બે આંતરિક વિદ્યુત સ્તરો બહારની દુનિયામાંથી સિગનલ_2 (આંતરિક_2) સ્તર અને સિગનલ_2 (આંતરિક_2) થી બહારની દુનિયામાં દખલગીરીને અસરકારક રીતે સુરક્ષિત કરી શકે છે.

તમામ પાસાઓમાં, સ્કીમ 3 દેખીતી રીતે સૌથી વધુ ઑપ્ટિમાઇઝ છે. તે જ સમયે, સ્કીમ 3 એ 6-સ્તરના બોર્ડ માટે સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતું લેમિનેટ માળખું પણ છે. ઉપરોક્ત બે ઉદાહરણોના વિશ્લેષણ દ્વારા, હું માનું છું કે વાચકને કાસ્કેડિંગ સ્ટ્રક્ચરની ચોક્કસ સમજ છે, પરંતુ કેટલાક કિસ્સાઓમાં, ચોક્કસ યોજના બધી આવશ્યકતાઓને પૂર્ણ કરી શકતી નથી, જેમાં વિવિધ ડિઝાઇન સિદ્ધાંતોની અગ્રતા ધ્યાનમાં લેવાની જરૂર છે. કમનસીબે, હકીકત એ છે કે સર્કિટ બોર્ડ લેયર ડિઝાઇન વાસ્તવિક સર્કિટની લાક્ષણિકતાઓ સાથે નજીકથી સંબંધિત છે, વિવિધ સર્કિટની દખલ વિરોધી કામગીરી અને ડિઝાઇન ફોકસ અલગ છે, તેથી હકીકતમાં આ સિદ્ધાંતો સંદર્ભ માટે કોઈ નિર્ધારિત પ્રાથમિકતા નથી. પરંતુ જે ચોક્કસ છે તે એ છે કે ડિઝાઇન સિદ્ધાંત 2 (આંતરિક પાવર લેયર અને ગ્રાઉન્ડ લેયર ચુસ્ત રીતે જોડાયેલા હોવા જોઈએ) ડિઝાઇનમાં સૌ પ્રથમ મળવાની જરૂર છે, અને જો સર્કિટમાં હાઇ-સ્પીડ સિગ્નલો પ્રસારિત કરવાની જરૂર હોય, તો ડિઝાઇન સિદ્ધાંત 3. (સર્કિટમાં હાઇ-સ્પીડ સિગ્નલ ટ્રાન્સમિશન લેયર) તે સિગ્નલનું મધ્યવર્તી સ્તર હોવું જોઈએ અને બે આંતરિક વિદ્યુત સ્તરો વચ્ચે સેન્ડવિચ કરેલું હોવું જોઈએ) સંતુષ્ટ હોવું જોઈએ.

10-લેયર બોર્ડ

PCB લાક્ષણિક 10-સ્તર બોર્ડ ડિઝાઇન

સામાન્ય વાયરિંગ ક્રમ TOP-GND-સિગ્નલ લેયર-પાવર લેયર-GND-સિગ્નલ લેયર-પાવર લેયર-સિગ્નલ લેયર-GND-બોટમ છે

વાયરિંગનો ક્રમ પોતે જ નિશ્ચિત હોવો જરૂરી નથી, પરંતુ તેને પ્રતિબંધિત કરવા માટે કેટલાક ધોરણો અને સિદ્ધાંતો છે: ઉદાહરણ તરીકે, ટોચના સ્તર અને નીચેના સ્તરની નજીકના સ્તરો સિંગલ બોર્ડની EMC લાક્ષણિકતાઓને સુનિશ્ચિત કરવા માટે GND નો ઉપયોગ કરે છે; ઉદાહરણ તરીકે, દરેક સિગ્નલ સ્તર પ્રાધાન્યમાં સંદર્ભ પ્લેન તરીકે GND સ્તરનો ઉપયોગ કરે છે; સમગ્ર સિંગલ બોર્ડમાં વપરાતો વીજ પુરવઠો પ્રાધાન્યરૂપે તાંબાના આખા ટુકડા પર નાખવામાં આવે છે; અતિસંવેદનશીલ, હાઇ-સ્પીડ, અને કૂદકાના આંતરિક સ્તર સાથે જવાનું પસંદ કરે છે, વગેરે.