Prinsip tata letak lapisan desain laminasi PCB dan struktur laminasi umum

Sebelum mendesain PCB berlapis-lapis papan sirkuit, perancang harus terlebih dahulu menentukan struktur papan sirkuit yang digunakan sesuai dengan skala sirkuit, ukuran papan sirkuit, dan persyaratan kompatibilitas elektromagnetik (EMC), yaitu, untuk memutuskan apakah akan menggunakan 4 lapisan, 6 lapisan, atau Lebih banyak lapisan papan sirkuit . Setelah menentukan jumlah lapisan, tentukan di mana menempatkan lapisan listrik internal dan bagaimana mendistribusikan sinyal yang berbeda pada lapisan ini. Ini adalah pilihan struktur tumpukan PCB multilayer.

ipcb

Struktur laminasi merupakan faktor penting yang mempengaruhi kinerja EMC papan PCB, dan juga merupakan sarana penting untuk menekan interferensi elektromagnetik. Artikel ini memperkenalkan konten yang relevan dari struktur tumpukan papan PCB multilayer.

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

Prinsip umum pengaturan lapisan:

1. Untuk menentukan struktur laminasi papan PCB multilayer, lebih banyak faktor yang perlu dipertimbangkan. Dari perspektif perkabelan, semakin banyak lapisan, semakin baik perkabelan, tetapi biaya dan kesulitan pembuatan papan juga akan meningkat. Bagi produsen, apakah struktur laminasi simetris atau tidak menjadi fokus yang perlu diperhatikan ketika papan PCB diproduksi, sehingga pemilihan jumlah lapisan perlu mempertimbangkan kebutuhan semua aspek untuk mencapai keseimbangan terbaik. Untuk desainer berpengalaman, setelah menyelesaikan pra-tata letak komponen, mereka akan fokus pada analisis kemacetan kabel PCB. Kombinasikan dengan alat EDA lainnya untuk menganalisis kerapatan kabel papan sirkuit; kemudian mensintesis jumlah dan jenis jalur sinyal dengan persyaratan kabel khusus, seperti jalur diferensial, jalur sinyal sensitif, dll., untuk menentukan jumlah lapisan sinyal; kemudian sesuai dengan jenis catu daya, isolasi dan anti gangguan Persyaratan untuk menentukan jumlah lapisan listrik internal. Dengan cara ini, jumlah lapisan seluruh papan sirkuit pada dasarnya ditentukan.

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. Semua lapisan sinyal sedekat mungkin dengan bidang tanah;

4. Cobalah untuk menghindari dua lapisan sinyal yang berbatasan langsung satu sama lain; mudah untuk memperkenalkan crosstalk antara lapisan sinyal yang berdekatan, mengakibatkan kegagalan fungsi sirkuit. Menambahkan bidang tanah di antara dua lapisan sinyal dapat secara efektif menghindari crosstalk.

5. Sumber daya utama sedekat mungkin dengannya;

6. Mempertimbangkan simetri struktur laminasi.

7. Untuk tata letak lapisan motherboard, sulit bagi motherboard yang ada untuk mengontrol kabel jarak jauh paralel. Untuk frekuensi operasi tingkat papan di atas 50MHz (lihat situasi di bawah 50MHz, harap rileks dengan tepat), disarankan untuk mengatur prinsip:

Permukaan komponen dan permukaan pengelasan adalah bidang tanah yang lengkap (pelindung); Tidak ada lapisan kabel paralel yang berdekatan; Semua lapisan sinyal sedekat mungkin dengan bidang tanah;

Sinyal kunci berdekatan dengan ground dan tidak melewati partisi.

Catatan: Saat mengatur lapisan PCB tertentu, prinsip-prinsip di atas harus dikuasai secara fleksibel. Berdasarkan pemahaman prinsip-prinsip di atas, sesuai dengan persyaratan sebenarnya dari papan tunggal, seperti: apakah lapisan kabel kunci, catu daya, pembagian bidang tanah diperlukan, dll., Tentukan susunan lapisan, dan jangan ‘ t hanya menyalinnya terus terang, atau berpegang pada itu.

8. Beberapa lapisan listrik internal yang diarde dapat secara efektif mengurangi impedansi ground. Misalnya, lapisan sinyal A dan lapisan sinyal B menggunakan bidang tanah terpisah, yang dapat secara efektif mengurangi gangguan mode umum.

Struktur berlapis yang umum digunakan: papan 4 lapis

Berikut ini menggunakan contoh papan 4 lapis untuk mengilustrasikan cara mengoptimalkan susunan dan kombinasi berbagai struktur laminasi.

Untuk papan 4 lapis yang umum digunakan, ada metode susun berikut (dari atas ke bawah).

(1) Siganl_1 (Atas), GND (Dalam_1), POWER (Dalam_2), Siganl_2 (Bawah).

(2) Siganl_1 (Atas), POWER (Dalam_1), GND (Dalam_2), Siganl_2 (Bawah).

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

Jelas, Opsi 3 tidak memiliki sambungan yang efektif antara lapisan daya dan lapisan tanah dan tidak boleh diadopsi.

Lalu bagaimana sebaiknya opsi 1 dan 2 dipilih?

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.

Tetapi ketika komponen perlu ditempatkan pada kedua lapisan atas dan bawah, dan ketebalan dielektrik antara lapisan daya internal dan lapisan tanah besar dan sambungannya buruk, perlu untuk mempertimbangkan lapisan mana yang memiliki garis sinyal lebih sedikit. Untuk Opsi 1, ada lebih sedikit garis sinyal di lapisan bawah, dan film tembaga area besar dapat digunakan untuk dipasangkan dengan lapisan POWER; sebaliknya, jika komponen sebagian besar disusun di lapisan bawah, opsi 2 harus digunakan untuk membuat papan.

Jika struktur laminasi diadopsi, lapisan daya dan lapisan tanah sudah digabungkan. Mempertimbangkan persyaratan simetri, skema 1 umumnya diadopsi.

papan 6 lapis

Setelah menyelesaikan analisis struktur laminasi papan 4-lapisan, berikut ini menggunakan contoh kombinasi papan 6-lapisan untuk mengilustrasikan susunan dan kombinasi papan 6-lapisan dan metode yang disukai.

(1) Siganl_1 (Atas), GND (Dalam_1), Siganl_2 (Dalam_2), Siganl_3 (Dalam_3), daya (Dalam_4), Siganl_4 (Bawah).

Solusi 1 menggunakan 4 lapisan sinyal dan 2 lapisan daya/tanah internal, dengan lebih banyak lapisan sinyal, yang kondusif untuk pekerjaan pengkabelan antar komponen, tetapi cacat dari solusi ini juga lebih jelas, yang dimanifestasikan dalam dua aspek berikut:

Bidang daya dan bidang tanah berjauhan, dan keduanya tidak cukup berpasangan.

Lapisan sinyal Siganl_2 (Dalam_2) dan Siganl_3 (Dalam_3) berbatasan langsung, sehingga isolasi sinyal tidak baik dan mudah terjadi crosstalk.

(2) Siganl_1 (Atas), Siganl_2 (Dalam_1), POWER (Dalam_2), GND (Dalam_3), Siganl_3 (Dalam_4), Siganl_4 (Bawah).

Skema 2 Dibandingkan dengan skema 1, lapisan daya dan bidang tanah digabungkan sepenuhnya, yang memiliki keunggulan tertentu dibandingkan skema 1, tetapi

Lapisan sinyal Siganl_1 (Atas) dan Siganl_2 (Dalam_1) dan Siganl_3 (Dalam_4) dan Siganl_4 (Bawah) berbatasan langsung satu sama lain. Isolasi sinyal tidak baik, dan masalah crosstalk tidak terpecahkan.

(3) Siganl_1 (Atas), GND (Dalam_1), Siganl_2 (Dalam_2), POWER (Dalam_3), GND (Dalam_4), Siganl_3 (Bawah).

Dibandingkan dengan Skema 1 dan Skema 2, Skema 3 memiliki satu lapisan sinyal lebih sedikit dan satu lapisan listrik internal lagi. Meskipun lapisan yang tersedia untuk pengkabelan berkurang, skema ini memecahkan cacat umum Skema 1 dan Skema 2.

Bidang daya dan bidang tanah digabungkan dengan erat.

Setiap lapisan sinyal berbatasan langsung dengan lapisan listrik bagian dalam, dan secara efektif diisolasi dari lapisan sinyal lainnya, dan crosstalk tidak mudah terjadi.

Siganl_2 (Dalam_2) berdekatan dengan dua lapisan listrik dalam GND (Dalam_1) dan POWER (Dalam_3), yang dapat digunakan untuk mengirimkan sinyal berkecepatan tinggi. Dua lapisan listrik bagian dalam dapat secara efektif melindungi gangguan dari dunia luar ke lapisan Siganl_2 (Dalam_2) dan gangguan dari Siganl_2 (Dalam_2) ke dunia luar.

Dalam semua aspek, skema 3 jelas yang paling optimal. Pada saat yang sama, skema 3 juga merupakan struktur laminasi yang umum digunakan untuk papan 6 lapis. Melalui analisis dua contoh di atas, saya percaya bahwa pembaca memiliki pemahaman tertentu tentang struktur cascading, tetapi dalam beberapa kasus, skema tertentu tidak dapat memenuhi semua persyaratan, yang memerlukan pertimbangan prioritas berbagai prinsip desain. Sayangnya, karena fakta bahwa desain lapisan papan sirkuit terkait erat dengan karakteristik sirkuit yang sebenarnya, kinerja anti-interferensi dan fokus desain dari sirkuit yang berbeda berbeda, jadi sebenarnya prinsip-prinsip ini tidak memiliki prioritas yang ditentukan untuk referensi. Tapi yang pasti adalah prinsip desain 2 (lapisan daya internal dan lapisan tanah harus digabungkan dengan erat) perlu dipenuhi terlebih dahulu dalam desain, dan jika sinyal berkecepatan tinggi perlu ditransmisikan di sirkuit, maka prinsip desain 3 (lapisan transmisi sinyal berkecepatan tinggi di sirkuit) Ini harus menjadi lapisan perantara sinyal dan terjepit di antara dua lapisan listrik bagian dalam) harus dipenuhi.

papan 10 lapis

Desain papan 10-lapisan khas PCB

Urutan pengkabelan umum adalah TOP–GND—lapisan sinyal—lapisan daya—GND—lapisan sinyal—lapisan daya—lapisan sinyal—GND—BOTTOM

Urutan pengkabelan itu sendiri tidak harus diperbaiki, tetapi ada beberapa standar dan prinsip untuk membatasinya: Misalnya, lapisan yang berdekatan dari lapisan atas dan lapisan bawah menggunakan GND untuk memastikan karakteristik EMC dari papan tunggal; misalnya, setiap lapisan sinyal lebih disukai menggunakan lapisan GND sebagai bidang referensi; catu daya yang digunakan di seluruh papan tunggal lebih disukai diletakkan di atas seluruh bagian tembaga; yang rentan, berkecepatan tinggi, dan lebih suka mengikuti lapisan dalam lompatan, dll.