Prije projektiranja višeslojna PCB ploče, projektant prvo treba odrediti strukturu sklopne ploče koja se koristi prema mjerilu sklopa, veličini pločice i zahtjevima elektromagnetske kompatibilnosti (EMC), odnosno odlučiti hoće li koristiti 4 sloja, 6 slojeva ili Više slojeva pločica . Nakon što odredite broj slojeva, odredite gdje postaviti unutarnje električne slojeve i kako distribuirati različite signale na te slojeve. Ovo je izbor višeslojne PCB strukture.

Laminirana struktura važan je čimbenik koji utječe na EMC performanse PCB ploča, a također je važno sredstvo za suzbijanje elektromagnetskih smetnji. Ovaj članak uvodi relevantan sadržaj višeslojne strukture snopa PCB ploča.

Nakon određivanja broja slojeva snage, uzemljenja i signala, njihov relativni raspored tema je koju svaki PCB inženjer ne može izbjeći;

Opći princip rasporeda slojeva:

1. Za određivanje laminirane strukture višeslojne PCB ploče potrebno je uzeti u obzir više čimbenika. Iz perspektive ožičenja, što je više slojeva, to je ožičenje bolje, ali će se povećati i trošak i poteškoća u proizvodnji ploča. Za proizvođače, je li laminirana struktura simetrična ili ne, fokus je na koji treba obratiti pažnju kada se proizvode PCB ploče, pa je pri izboru broja slojeva potrebno uzeti u obzir potrebe svih aspekata kako bi se postigla najbolja ravnoteža. Za iskusne dizajnere, nakon završetka prethodnog rasporeda komponenti, usredotočit će se na analizu uskog grla ožičenja PCB-a. Kombinirajte s drugim EDA alatima za analizu gustoće ožičenja na ploči; zatim sintetizirati broj i vrste signalnih vodova s ​​posebnim zahtjevima za ožičenje, kao što su diferencijalne linije, osjetljive signalne linije, itd., kako bi se odredio broj slojeva signala; zatim prema vrsti napajanja, izolaciji i smetnji Zahtjevi za određivanje broja unutarnjih električnih slojeva. Na taj se način u osnovi određuje broj slojeva cijele ploče.

2. Dno površine komponente (drugi sloj) je ravnina uzemljenja, koja osigurava zaštitni sloj uređaja i referentnu ravninu za gornje ožičenje; osjetljivi signalni sloj trebao bi biti u blizini unutarnjeg električnog sloja (unutarnji sloj napajanja/uzemljenja), koristeći veliki unutarnji električni sloj Bakreni film kako bi osigurao zaštitu za signalni sloj. Sloj za prijenos signala velike brzine u krugu trebao bi biti međusloj signala i uklješten između dva unutarnja električna sloja. Na taj način, bakreni film dvaju unutarnjih električnih slojeva može osigurati elektromagnetsku zaštitu za prijenos signala velike brzine, a u isto vrijeme može učinkovito ograničiti zračenje brzog signala između dva unutarnja električna sloja bez izazivanja vanjske smetnje.

3. Svi slojevi signala su što bliže ravnini uzemljenja;

4. Pokušajte izbjeći dva sloja signala koji su izravno jedan uz drugi; lako je uvesti preslušavanje između susjednih slojeva signala, što rezultira kvarom funkcije kruga. Dodavanje uzemljenja između dva sloja signala može učinkovito izbjeći preslušavanje.

5. Glavni izvor napajanja je što je moguće bliže njemu;

6. Uzmite u obzir simetriju laminirane strukture.

7. Za slojeviti raspored matične ploče, postojeće matične ploče teško mogu kontrolirati paralelno ožičenje na velike udaljenosti. Za radnu frekvenciju na razini ploče iznad 50MHZ (pogledajte situaciju ispod 50MHZ, molimo opustite se na odgovarajući način), preporuča se rasporediti princip:

Površina komponente i površina zavarivanja su potpuna uzemljena ploča (štit); Nema susjednih paralelnih slojeva ožičenja; Svi signalni slojevi su što je moguće bliže ravnini uzemljenja;

Ključni signal je uz tlo i ne prelazi pregradu.

Napomena: Prilikom postavljanja specifičnih slojeva PCB-a, potrebno je fleksibilno svladati gornja načela. Na temelju razumijevanja gornjih principa, u skladu sa stvarnim zahtjevima jedne ploče, kao što su: je li potreban sloj ožičenja ključa, napajanje, podjela uzemljenja itd. , Odredite raspored slojeva i ne t jednostavno kopirajte tupo, ili ga držite.

8. Višestruki uzemljeni unutarnji električni slojevi mogu učinkovito smanjiti impedanciju uzemljenja. Na primjer, sloj signala A i sloj signala B koriste zasebne uzemljene ravnine, koje mogu učinkovito smanjiti smetnje zajedničkog moda.

Uobičajena slojevita struktura: 4-slojna ploča

U nastavku se koristi primjer 4-slojne ploče da ilustrira kako optimizirati raspored i kombinaciju različitih laminiranih struktura.

Za najčešće korištene 4-slojne ploče postoje sljedeće metode slaganja (od vrha prema dolje).

(1) Siganl_1 (gornji), GND (unutarnji_1), POWER (unutarnji_2), Siganl_2 (donji).

(2) Siganl_1 (vrh), POWER (unutarnji_1), GND (unutarnji_2), Siganl_2 (donji).

(3) POWER (vrh), Siganl_1 (unutarnji_1), GND (unutarnji_2), Siganl_2 (donji).

Očito, opcija 3 nema učinkovitu spregu između sloja snage i sloja zemlje i ne bi se trebala usvojiti.

Kako onda odabrati opcije 1 i 2?

U normalnim okolnostima, dizajneri će odabrati opciju 1 kao strukturu 4-slojne ploče. Razlog za izbor nije taj što se opcija 2 ne može usvojiti, već što opća PCB ploča postavlja komponente samo na gornji sloj, pa je prikladnije usvojiti opciju 1.

Ali kada se komponente trebaju postaviti i na gornji i na donji sloj, a debljina dielektrika između unutarnjeg sloja snage i sloja uzemljenja je velika i spoj je loš, potrebno je razmotriti koji sloj ima manje signalnih linija. Za opciju 1, ima manje signalnih linija na donjem sloju, a bakreni film velike površine može se koristiti za spajanje sa slojem POWER; naprotiv, ako su komponente uglavnom raspoređene na donjem sloju, za izradu ploče treba koristiti opciju 2.

Ako se usvoji laminirana struktura, energetski sloj i temeljni sloj su već spojeni. Uzimajući u obzir zahtjeve simetrije, shema 1 je općenito prihvaćena.

6-slojna ploča

Nakon završetka analize laminirane strukture 4-slojne ploče, u nastavku se koristi primjer kombinacije 6-slojnih ploča kako bi se ilustrirao raspored i kombinacija 6-slojne ploče i preferirane metode.

(1) Siganl_1 (Vrh), GND (Unutarnji_1), Siganl_2 (Unutarnji_2), Siganl_3 (Unutarnji_3), snaga (Unutarnji_4), Siganl_4 (Donji).

Rješenje 1 koristi 4 signalna sloja i 2 unutarnja sloja napajanja/uzemljenja, s više slojeva signala, što je pogodno za rad ožičenja između komponenti, ali su i nedostaci ovog rješenja očitiji, koji se očituju u sljedeća dva aspekta:

① Planina i uzemljiva ravnina su daleko jedna od druge i nisu dovoljno spojene.

② Sloj signala Siganl_2 (Unutarnji_2) i Siganl_3 (Unutarnji_3) izravno su susjedni, tako da izolacija signala nije dobra i lako je doći do preslušavanja.

(2) Siganl_1 (Vrh), Siganl_2 (Unutarnji_1), POWER (Unutarnji_2), GND (Unutarnji_3), Siganl_3 (Unutarnji_4), Siganl_4 (Donji).

Shema 2 U usporedbi sa shemom 1, energetski sloj i uzemljena ravnina su potpuno spojeni, što ima određene prednosti u odnosu na shemu 1, ali

Siganl_1 (gornji) i Siganl_2 (unutarnji_1) i Siganl_3 (unutarnji_4) i Siganl_4 (donji) signalni slojevi su izravno jedni uz druge. Izolacija signala nije dobra, a problem preslušavanja nije riješen.

(3) Siganl_1 (Vrh), GND (Unutarnji_1), Siganl_2 (Unutarnji_2), POWER (Unutarnji_3), GND (Unutarnji_4), Siganl_3 (Donji).

U usporedbi sa shemom 1 i shemom 2, shema 3 ima jedan signalni sloj manje i jedan unutarnji električni sloj više. Iako su slojevi dostupni za ožičenje smanjeni, ova shema rješava uobičajene nedostatke sheme 1 i sheme 2.

① Napojna i uzemljena ravnina su čvrsto spojeni.

② Svaki sloj signala izravno je uz unutarnji električni sloj i učinkovito je izoliran od ostalih slojeva signala, a nije lako doći do preslušavanja.

③ Siganl_2 (Unutarnji_2) je u blizini dva unutarnja električna sloja GND (Inner_1) i POWER (Inner_3), koji se mogu koristiti za prijenos signala velike brzine. Dva unutarnja električna sloja mogu učinkovito zaštititi smetnje iz vanjskog svijeta u sloj Siganl_2 (Unutarnji_2) i smetnje od Siganl_2 (Inner_2) prema vanjskom svijetu.

U svim aspektima, shema 3 je očito najoptimiziranija. Istodobno, shema 3 je također uobičajena laminirana struktura za 6-slojne ploče. Analizom gornja dva primjera, vjerujem da čitatelj ima određeno razumijevanje kaskadne strukture, ali u nekim slučajevima određena shema ne može ispuniti sve zahtjeve, što zahtijeva razmatranje prioriteta različitih načela projektiranja. Nažalost, zbog činjenice da je dizajn sloja pločice usko povezan s karakteristikama stvarnog kruga, izvedba protiv smetnji i fokus dizajna različitih sklopova su različiti, tako da zapravo ovi principi nemaju određeni prioritet za referencu. Ali ono što je sigurno je da princip dizajna 2 (unutarnji sloj napajanja i sloj zemlje trebaju biti čvrsto povezani) treba prvo biti zadovoljen u dizajnu, a ako se u krugu trebaju prenositi signali velike brzine, onda načelo dizajna 3 (sloj za prijenos signala velike brzine u krugu) Trebao bi biti međusloj signala i u sendviču između dva unutarnja električna sloja) mora biti zadovoljen.

10-slojna ploča

PCB tipičan dizajn 10-slojne ploče

Opći slijed ožičenja je GOR–GND—signalni sloj—naponski sloj—GND—signalni sloj—naponski sloj—signalni sloj—GND—DOLJE

Sam slijed ožičenja nije nužno fiksiran, ali postoje neki standardi i principi koji ga ograničavaju: Na primjer, susjedni slojevi gornjeg i donjeg sloja koriste GND kako bi osigurali EMC karakteristike jedne ploče; na primjer, svaki sloj signala poželjno koristi GND sloj kao referentnu ravninu; napajanje koje se koristi u cijeloj jednoj ploči poželjno je položeno na cijeli komad bakra; osjetljivi, brzi i preferirani da idu duž unutarnjeg sloja skoka, itd.