Principio di layout dello strato di progettazione laminato PCB e struttura laminata comune

Prima di progettare PCB multistrato scheda, il progettista deve prima determinare la struttura del circuito utilizzato in base alla scala del circuito, alle dimensioni del circuito e ai requisiti di compatibilità elettromagnetica (EMC), ovvero decidere se utilizzare 4 strati, 6 strati o più strati di circuiti stampati . Dopo aver determinato il numero di strati, determinare dove posizionare gli strati elettrici interni e come distribuire segnali diversi su questi strati. Questa è la scelta della struttura dello stack PCB multistrato.

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La struttura laminata è un fattore importante che influisce sulle prestazioni EMC delle schede PCB ed è anche un mezzo importante per sopprimere le interferenze elettromagnetiche. Questo articolo introduce il contenuto rilevante della struttura dello stack della scheda PCB multistrato.

Dopo aver determinato il numero di strati di potenza, massa e segnale, la loro disposizione relativa è un argomento che ogni ingegnere di PCB non può evitare;

Il principio generale della disposizione degli strati:

1. Per determinare la struttura laminata di una scheda PCB multistrato, è necessario considerare più fattori. Dal punto di vista del cablaggio, più strati ci sono, migliore è il cablaggio, ma aumenteranno anche il costo e la difficoltà di produzione delle schede. Per i produttori, se la struttura laminata è simmetrica o meno è l’obiettivo a cui prestare attenzione quando vengono prodotte le schede PCB, quindi la scelta del numero di strati deve considerare le esigenze di tutti gli aspetti per ottenere il miglior equilibrio. Per i progettisti esperti, dopo aver completato il pre-layout dei componenti, si concentreranno sull’analisi del collo di bottiglia del cablaggio del PCB. Combinalo con altri strumenti EDA per analizzare la densità di cablaggio del circuito; quindi sintetizzare il numero e i tipi di linee di segnale con requisiti di cablaggio speciali, come linee differenziali, linee di segnale sensibili, ecc., Per determinare il numero di strati di segnale; quindi in base al tipo di alimentazione, isolamento e anti-interferenza I requisiti per determinare il numero di strati elettrici interni. In questo modo si determina sostanzialmente il numero di strati dell’intera scheda.

2. La parte inferiore della superficie del componente (il secondo strato) è il piano di massa, che fornisce lo strato di schermatura del dispositivo e il piano di riferimento per il cablaggio superiore; lo strato di segnale sensibile dovrebbe essere adiacente a uno strato elettrico interno (strato di alimentazione/terra interna), utilizzando il grande strato elettrico interno Film di rame per fornire schermatura per lo strato di segnale. Lo strato di trasmissione del segnale ad alta velocità nel circuito dovrebbe essere uno strato intermedio del segnale e inserito tra due strati elettrici interni. In questo modo, il film di rame dei due strati elettrici interni può fornire schermatura elettromagnetica per la trasmissione del segnale ad alta velocità e, allo stesso tempo, può limitare efficacemente la radiazione del segnale ad alta velocità tra i due strati elettrici interni senza causare interferenza esterna.

3. Tutti i livelli di segnale sono il più vicino possibile al piano di massa;

4. Cerca di evitare due livelli di segnale direttamente adiacenti l’uno all’altro; è facile introdurre diafonia tra strati di segnale adiacenti, con conseguente guasto della funzione del circuito. L’aggiunta di un piano di massa tra i due livelli di segnale può efficacemente evitare la diafonia.

5. La fonte di alimentazione principale è il più vicino possibile ad essa in modo corrispondente;

6. Tenere conto della simmetria della struttura laminata.

7. Per il layout dei livelli della scheda madre, è difficile per le schede madri esistenti controllare il cablaggio parallelo a lunga distanza. Per la frequenza operativa a livello di scheda superiore a 50 MHZ (fare riferimento alla situazione inferiore a 50 MHZ, rilassarsi in modo appropriato), si consiglia di organizzare il principio:

La superficie del componente e la superficie di saldatura sono un piano di massa completo (schermo);Nessun strato di cablaggio parallelo adiacente;Tutti gli strati di segnale sono il più vicino possibile al piano di massa;

Il segnale chiave è adiacente al suolo e non attraversa la partizione.

Nota: quando si impostano gli strati PCB specifici, i principi di cui sopra dovrebbero essere padroneggiati in modo flessibile. Sulla base della comprensione dei principi di cui sopra, in base ai requisiti effettivi della singola scheda, ad esempio: se è richiesto uno strato di cablaggio chiave, alimentazione, divisione del piano di massa, ecc., Determinare la disposizione degli strati e non t basta copiarlo senza mezzi termini o tenerlo stretto.

8. Più strati elettrici interni con messa a terra possono ridurre efficacemente l’impedenza di terra. Ad esempio, il livello del segnale A e il livello del segnale B utilizzano piani di massa separati, che possono ridurre efficacemente l’interferenza di modo comune.

La struttura a strati comunemente usata: pannello a 4 strati

Di seguito viene utilizzato un esempio di un pannello a 4 strati per illustrare come ottimizzare la disposizione e la combinazione di varie strutture laminate.

Per i pannelli a 4 strati comunemente usati, esistono i seguenti metodi di impilamento (dall’alto verso il basso).

(1) Siganl_1 (in alto), GND (inner_1), POWER (inner_2), Siganl_2 (in basso).

(2) Siganl_1 (in alto), POWER (interno_1), GND (interno_2), Siganl_2 (in basso).

(3) POWER (in alto), Siganl_1 (inner_1), GND (inner_2), Siganl_2 (in basso).

Ovviamente, l’opzione 3 manca di un accoppiamento efficace tra lo strato di potenza e lo strato di terra e non dovrebbe essere adottata.

Allora come dovrebbero essere selezionate le opzioni 1 e 2?

In circostanze normali, i progettisti sceglieranno l’opzione 1 come struttura del pannello a 4 strati. Il motivo della scelta non è che l’opzione 2 non può essere adottata, ma che la scheda PCB generale posiziona solo i componenti sullo strato superiore, quindi è più appropriato adottare l’opzione 1.

Ma quando i componenti devono essere posizionati sia sullo strato superiore che su quello inferiore e lo spessore dielettrico tra lo strato di potenza interno e lo strato di terra è elevato e l’accoppiamento è scarso, è necessario considerare quale strato ha meno linee di segnale. Per l’opzione 1, ci sono meno linee di segnale sullo strato inferiore e un film di rame di ampia area può essere utilizzato per accoppiarsi con lo strato POWER; al contrario, se i componenti sono disposti principalmente sullo strato inferiore, per realizzare la scheda dovrebbe essere utilizzata l’opzione 2.

Se si adotta una struttura laminata, lo strato di potenza e lo strato di fondo sono già accoppiati. Considerate le esigenze di simmetria, viene generalmente adottato lo schema 1.

Tavola a 6 strati

Dopo aver completato l’analisi della struttura laminata del pannello a 4 strati, di seguito viene utilizzato un esempio della combinazione del pannello a 6 strati per illustrare la disposizione e la combinazione del pannello a 6 strati e il metodo preferito.

(1) Siganl_1 (In alto), GND (Inner_1), Siganl_2 (Inner_2), Siganl_3 (Inner_3), potenza (Inner_4), Siganl_4 (In basso).

La soluzione 1 utilizza 4 livelli di segnale e 2 livelli di alimentazione/terra interni, con più livelli di segnale, il che favorisce il lavoro di cablaggio tra i componenti, ma sono anche più evidenti i difetti di questa soluzione, che si manifestano nei seguenti due aspetti:

① Il piano di potenza e il piano di massa sono distanti e non sono sufficientemente accoppiati.

② Il livello del segnale Siganl_2 (Inner_2) e Siganl_3 (Inner_3) sono direttamente adiacenti, quindi l’isolamento del segnale non è buono ed è facile che si verifichino diafonia.

(2) Siganl_1 (in alto), Siganl_2 (interno_1), POWER (interno_2), GND (interno_3), Siganl_3 (interno_4), Siganl_4 (in basso).

Schema 2 Rispetto allo schema 1, lo strato di potenza e il piano di massa sono completamente accoppiati, il che presenta alcuni vantaggi rispetto allo schema 1, ma

I livelli di segnale Siganl_1 (Top) e Siganl_2 (Inner_1) e Siganl_3 (Inner_4) e Siganl_4 (Bottom) sono direttamente adiacenti l’uno all’altro. L’isolamento del segnale non è buono e il problema della diafonia non è risolto.

(3) Siganl_1 (In alto), GND (Inner_1), Siganl_2 (Inner_2), POWER (Inner_3), GND (Inner_4), Siganl_3 (In basso).

Rispetto allo Schema 1 e allo Schema 2, lo Schema 3 ha uno strato di segnale in meno e uno strato elettrico interno in più. Sebbene gli strati disponibili per il cablaggio siano ridotti, questo schema risolve i difetti comuni dello Schema 1 e dello Schema 2.

① Il piano di alimentazione e il piano di massa sono strettamente accoppiati.

② Ciascun livello di segnale è direttamente adiacente allo strato elettrico interno ed è efficacemente isolato da altri livelli di segnale e non è facile che si verifichi diafonia.

③ Siganl_2 (Inner_2) è adiacente ai due strati elettrici interni GND (Inner_1) e POWER (Inner_3), che possono essere utilizzati per trasmettere segnali ad alta velocità. I due strati elettrici interni possono schermare efficacemente l’interferenza dal mondo esterno allo strato Siganl_2 (Inner_2) e l’interferenza da Siganl_2 (Inner_2) al mondo esterno.

Sotto tutti gli aspetti, lo schema 3 è ovviamente quello più ottimizzato. Allo stesso tempo, lo schema 3 è anche una struttura laminata comunemente usata per pannelli a 6 strati. Attraverso l’analisi dei due esempi precedenti, credo che il lettore abbia una certa comprensione della struttura a cascata, ma in alcuni casi un certo schema non può soddisfare tutti i requisiti, il che richiede la considerazione della priorità dei vari principi di progettazione. Sfortunatamente, a causa del fatto che il design dello strato del circuito è strettamente correlato alle caratteristiche del circuito effettivo, le prestazioni anti-interferenza e il focus del design dei diversi circuiti sono diversi, quindi in realtà questi principi non hanno una priorità determinata di riferimento. Ma ciò che è certo è che il principio di progettazione 2 (lo strato di potenza interno e lo strato di terra dovrebbero essere strettamente accoppiati) deve essere soddisfatto per primo nella progettazione e, se è necessario trasmettere segnali ad alta velocità nel circuito, allora il principio di progettazione 3 (strato di trasmissione del segnale ad alta velocità nel circuito) Dovrebbe essere lo strato intermedio del segnale e inserito tra due strati elettrici interni) deve essere soddisfatto.

Tavola a 10 strati

PCB tipico design della scheda a 10 strati

La sequenza generale di cablaggio è TOP–GND—livello del segnale—strato di potenza—GND—strato del segnale—strato di potenza—strato del segnale—GND—BOTTOM

La sequenza di cablaggio in sé non è necessariamente fissa, ma esistono alcuni standard e principi per limitarla: ad esempio, gli strati adiacenti dello strato superiore e dello strato inferiore utilizzano GND per garantire le caratteristiche EMC della singola scheda; ad esempio, ogni strato di segnale utilizza preferibilmente lo strato GND come Piano di riferimento; l’alimentatore utilizzato nell’intera singola scheda è preferibilmente posato su un intero pezzo di rame; il suscettibile, ad alta velocità e preferito percorrere lo strato interno del salto, ecc.