PCB laminert designlag layoutprinsipp og vanlig laminert struktur

Før design flerlags PCB kortet, må designeren først bestemme kretskortstrukturen som brukes i henhold til kretsskalaen, kretskortstørrelsen og kravene til elektromagnetisk kompatibilitet (EMC), det vil si å bestemme om det skal brukes 4 lag, 6 lag eller flere lag med kretskort . Etter å ha bestemt antall lag, bestemme hvor du skal plassere de interne elektriske lagene og hvordan du fordeler forskjellige signaler på disse lagene. Dette er valget av flerlags PCB-stabelstruktur.

ipcb

Laminert struktur er en viktig faktor som påvirker EMC-ytelsen til PCB-kort, og det er også et viktig middel for å undertrykke elektromagnetisk interferens. Denne artikkelen introduserer det relevante innholdet i flerlags PCB-kortstabelstrukturen.

Etter å ha bestemt antall kraft-, jord- og signallag, er den relative ordningen av dem et emne som enhver PCB-ingeniør ikke kan unngå;

Det generelle prinsippet for lagarrangement:

1. For å bestemme den laminerte strukturen til et flerlags PCB-kort, må flere faktorer vurderes. Fra ledningsperspektivet, jo flere lag, desto bedre ledninger, men kostnadene og vanskelighetene med å lage brett vil også øke. For produsenter, om den laminerte strukturen er symmetrisk eller ikke er fokuset som må tas hensyn til når PCB-kort produseres, så valget av antall lag må vurdere behovene til alle aspekter for å oppnå den beste balansen. For erfarne designere, etter å ha fullført pre-layouten av komponentene, vil de fokusere på analysen av PCB-kablingsflaskehalsen. Kombiner med andre EDA-verktøy for å analysere ledningstettheten til kretskortet; syntetiser deretter antall og typer signallinjer med spesielle ledningskrav, for eksempel differensiallinjer, sensitive signallinjer, etc., for å bestemme antall signallag; deretter i henhold til typen strømforsyning, isolasjon og anti-interferens Kravene for å bestemme antall interne elektriske lag. På denne måten bestemmes i utgangspunktet antall lag på hele kretskortet.

2. Bunnen av komponentoverflaten (det andre laget) er jordplanet, som gir enhetens skjermingslag og referanseplanet for toppledningen; det følsomme signallaget bør være ved siden av et internt elektrisk lag (internt strøm/jordlag), ved å bruke det store indre elektriske laget Kobberfilm for å gi skjerming for signallaget. Høyhastighetssignaloverføringslaget i kretsen bør være et signalmellomlag og klemt mellom to indre elektriske lag. På denne måten kan kobberfilmen til de to indre elektriske lagene gi elektromagnetisk skjerming for høyhastighetssignaloverføring, og samtidig kan den effektivt begrense strålingen av høyhastighetssignalet mellom de to indre elektriske lagene uten å forårsake ekstern interferens.

3. Alle signallag er så nært jordplanet som mulig;

4. Forsøk å unngå to signallag rett ved siden av hverandre; det er lett å introdusere krysstale mellom tilstøtende signallag, noe som resulterer i kretsfunksjonssvikt. Å legge til et jordplan mellom de to signallagene kan effektivt unngå krysstale.

5. Hovedstrømkilden er så nært som mulig til den tilsvarende;

6. Ta hensyn til symmetrien til den laminerte strukturen.

7. For lagoppsettet til hovedkortet er det vanskelig for de eksisterende hovedkortene å kontrollere parallelle langdistanseledninger. For styrefrekvensen over 50MHZ (se situasjonen under 50MHZ, vennligst slapp av på passende måte), anbefales det å ordne prinsippet:

Komponentoverflaten og sveiseoverflaten er et komplett jordplan (skjold);Ingen tilstøtende parallelle ledningslag;Alle signallag er så nært jordplanet som mulig;

Nøkkelsignalet er ved siden av bakken og krysser ikke skilleveggen.

Merk: Når du setter opp de spesifikke PCB-lagene, bør prinsippene ovenfor beherskes fleksibelt. Basert på forståelsen av de ovennevnte prinsippene, i henhold til de faktiske kravene til enkeltkortet, for eksempel: om et nøkkelledningslag, strømforsyning, jordplandeling er nødvendig, etc. , Bestem arrangementet av lagene, og ikke ikke bare kopiere det rett ut, eller holde på det.

8. Flere jordede interne elektriske lag kan effektivt redusere jordimpedansen. For eksempel bruker A-signallaget og B-signallaget separate jordplan, som effektivt kan redusere fellesmodusinterferens.

Den ofte brukte lagdelte strukturen: 4-lags bord

Det følgende bruker et eksempel på en 4-lags plate for å illustrere hvordan man kan optimalisere arrangementet og kombinasjonen av ulike laminerte strukturer.

For vanlig brukte 4-lags plater er det følgende stablemetoder (fra topp til bunn).

(1) Siganl_1 (øverst), GND (Inner_1), POWER (Inner_2), Siganl_2 (Bund).

(2) Siganl_1 (øverst), POWER (Inner_1), GND (Inner_2), Siganl_2 (Bund).

(3) POWER (Topp), Siganl_1 (Inner_1), GND (Inner_2), Siganl_2 (Bund).

Alternativ 3 mangler åpenbart effektiv kobling mellom kraftlaget og grunnlaget og bør ikke tas i bruk.

Hvordan bør så alternativ 1 og 2 velges?

Under normale omstendigheter vil designere velge alternativ 1 som strukturen til 4-lags brettet. Årsaken til valget er ikke at alternativ 2 ikke kan tas i bruk, men at det generelle kretskortet kun plasserer komponenter på topplaget, så det er mer hensiktsmessig å ta i bruk alternativ 1.

Men når komponenter skal plasseres på både topp- og bunnlaget, og den dielektriske tykkelsen mellom det indre kraftlaget og jordlaget er stor og koblingen er dårlig, er det nødvendig å vurdere hvilket lag som har færre signallinjer. For alternativ 1 er det færre signallinjer på bunnlaget, og en kobberfilm med stort areal kan brukes til å koble til POWER-laget; tvert imot, hvis komponentene hovedsakelig er plassert på bunnlaget, bør alternativ 2 brukes til å lage brettet.

Hvis en laminert struktur tas i bruk, er kraftlaget og grunnlaget allerede koblet. Tatt i betraktning kravene til symmetri, er skjema 1 generelt vedtatt.

6-lags brett

Etter å ha fullført analysen av den laminerte strukturen til 4-lagsplaten, bruker det følgende et eksempel på 6-lags platekombinasjonen for å illustrere arrangementet og kombinasjonen av 6-lags platen og den foretrukne metoden.

(1) Siganl_1 (Topp), GND (Inner_1), Siganl_2 (Inner_2), Siganl_3 (Inner_3), kraft (Inner_4), Siganl_4 (Bund).

Løsning 1 bruker 4 signallag og 2 interne kraft/jordlag, med flere signallag, noe som bidrar til ledningsarbeidet mellom komponentene, men feilene til denne løsningen er også mer åpenbare, som manifesteres i følgende to aspekter:

① Kraftplanet og jordplanet er langt fra hverandre, og de er ikke tilstrekkelig koblet.

② Signallaget Siganl_2 (Inner_2) og Siganl_3 (Inner_3) er direkte tilstøtende, så signalisolasjonen er ikke god og krysstale er lett å oppstå.

(2) Siganl_1 (Topp), Siganl_2 (Inner_1), POWER (Inner_2), GND (Inner_3), Siganl_3 (Inner_4), Siganl_4 (Bund).

Skjema 2 Sammenlignet med skjema 1 er kraftlaget og jordplanet fullstendig koblet, noe som har visse fordeler i forhold til skjema 1, men

Siganl_1 (Topp) og Siganl_2 (Inner_1) og Siganl_3 (Inner_4) og Siganl_4 (Bund) signallag er direkte ved siden av hverandre. Signalisolasjonen er ikke god, og problemet med krysstale er ikke løst.

(3) Siganl_1 (Topp), GND (Inner_1), Siganl_2 (Inner_2), POWER (Inner_3), GND (Inner_4), Siganl_3 (Bund).

Sammenlignet med skjema 1 og skjema 2 har skjema 3 ett mindre signallag og ett mer internt elektrisk lag. Selv om lagene som er tilgjengelige for kabling er redusert, løser denne ordningen de vanlige defektene i skjema 1 og skjema 2.

① Kraftplanet og jordplanet er tett koblet sammen.

② Hvert signallag er direkte ved siden av det indre elektriske laget, og er effektivt isolert fra andre signallag, og krysstale er ikke lett å oppstå.

③ Siganl_2 (Inner_2) er ved siden av de to indre elektriske lagene GND (Inner_1) og POWER (Inner_3), som kan brukes til å overføre høyhastighetssignaler. De to indre elektriske lagene kan effektivt skjerme interferensen fra omverdenen til Siganl_2 (Inner_2) laget og interferensen fra Siganl_2 (Inner_2) til omverdenen.

I alle aspekter er plan 3 åpenbart den mest optimaliserte. Samtidig er skjema 3 også en vanlig brukt laminert struktur for 6-lags plater. Gjennom analysen av de to ovennevnte eksemplene tror jeg at leseren har en viss forståelse av kaskadestrukturen, men i noen tilfeller kan ikke et bestemt opplegg oppfylle alle kravene, noe som krever hensyn til prioriteringen av ulike designprinsipper. Dessverre, på grunn av det faktum at kretskortlagets design er nært knyttet til egenskapene til den faktiske kretsen, er anti-interferensytelsen og designfokuset til forskjellige kretser forskjellige, så faktisk har disse prinsippene ingen bestemt prioritet for referanse. Men det som er sikkert er at designprinsipp 2 (det indre kraftlaget og jordlaget skal være tett koblet) må oppfylles først i designet, og hvis høyhastighetssignaler må overføres i kretsen, så designprinsipp 3 (høyhastighets signaloverføringslag i kretsen) Det skal være signalmellomlaget og klemt mellom to indre elektriske lag) må være tilfredsstilt.

10-lags brett

PCB typisk 10-lags kortdesign

Den generelle ledningsrekkefølgen er TOP–GND—signallag—kraftlag—GND—signallag—kraftlag—signallag—GND—BOTTOM

Selve ledningssekvensen er ikke nødvendigvis fast, men det er noen standarder og prinsipper for å begrense den: For eksempel bruker de tilstøtende lagene i topplaget og bunnlaget GND for å sikre EMC-egenskapene til enkeltkortet; for eksempel bruker hvert signallag fortrinnsvis GND-laget som et referanseplan; strømforsyningen som brukes i hele enkeltbrettet legges fortrinnsvis på et helt stykke kobber; den mottakelige, høyhastighets, og foretrakk å gå langs det indre laget av hoppet, etc.