Przed projektowaniem wielowarstwowa płytka drukowana płytki drukowanej, projektant musi najpierw określić strukturę płytki drukowanej używanej zgodnie ze skalą obwodu, rozmiarem płytki drukowanej i wymaganiami kompatybilności elektromagnetycznej (EMC), to znaczy zdecydować, czy użyć 4 warstw, 6 warstw, czy więcej warstw płytek drukowanych . Po określeniu liczby warstw określ, gdzie umieścić wewnętrzne warstwy elektryczne i jak rozprowadzić różne sygnały na tych warstwach. To jest wybór wielowarstwowej struktury stosu PCB.

Laminowana struktura jest ważnym czynnikiem wpływającym na wydajność EMC płyt PCB, a także jest ważnym środkiem do tłumienia zakłóceń elektromagnetycznych. W tym artykule przedstawiono odpowiednią zawartość wielowarstwowej struktury stosu płytek PCB.

Po ustaleniu ilości warstw mocy, masy i sygnału ich wzajemne ułożenie jest tematem, którego nie może uniknąć każdy inżynier PCB;

Ogólna zasada układania warstw:

1. Aby określić laminowaną strukturę wielowarstwowej płytki PCB, należy wziąć pod uwagę więcej czynników. Z punktu widzenia okablowania im więcej warstw, tym lepsze okablowanie, ale koszt i trudność wykonania płytek również wzrosną. Dla producentów to, czy laminowana struktura jest symetryczna, czy nie, jest celem, na który należy zwrócić uwagę podczas produkcji płytek PCB, więc wybór liczby warstw musi uwzględniać potrzeby wszystkich aspektów, aby osiągnąć najlepszą równowagę. Doświadczeni projektanci, po wykonaniu wstępnego rozplanowania komponentów, skupią się na analizie wąskiego gardła okablowania PCB. Połącz z innymi narzędziami EDA, aby przeanalizować gęstość okablowania płytki drukowanej; następnie zsyntetyzuj liczbę i typy linii sygnałowych o specjalnych wymaganiach dotyczących okablowania, takich jak linie różnicowe, wrażliwe linie sygnałowe itp., aby określić liczbę warstw sygnału; następnie w zależności od rodzaju zasilania, izolacji i przeciwdziałania zakłóceniom Wymagania dotyczące określenia liczby wewnętrznych warstw elektrycznych. W ten sposób zasadniczo określa się liczbę warstw całej płytki drukowanej.

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. Wszystkie warstwy sygnału są jak najbliżej płaszczyzny uziemienia;

4. Try to avoid two signal layers directly adjacent to each other; it is easy to introduce crosstalk between adjacent signal layers, resulting in circuit function failure. Adding a ground plane between the two signal layers can effectively avoid crosstalk.

5. Główne źródło zasilania znajduje się odpowiednio najbliżej niego;

6. Uwzględnij symetrię laminowanej konstrukcji.

7. W przypadku układu warstwowego płyty głównej trudno jest istniejącym płytom głównym kontrolować równoległe okablowanie na duże odległości. W przypadku częstotliwości pracy na poziomie płyty powyżej 50 MHZ (patrz sytuacja poniżej 50 MHZ, proszę się odpowiednio zrelaksować), zaleca się ustalenie zasady:

Powierzchnia komponentu i powierzchnia spawania stanowią kompletną płaszczyznę uziemienia (ekran); Brak sąsiednich równoległych warstw przewodów; Wszystkie warstwy sygnału znajdują się jak najbliżej płaszczyzny uziemienia;

Sygnał kluczowy przylega do ziemi i nie przechodzi przez przegrodę.

Uwaga: Podczas konfigurowania poszczególnych warstw PCB powyższe zasady należy elastycznie opanować. W oparciu o zrozumienie powyższych zasad, zgodnie z rzeczywistymi wymaganiami pojedynczej płyty, takimi jak: czy wymagana jest kluczowa warstwa okablowania, zasilanie, podział płaszczyzny uziemienia itp., Określ rozmieszczenie warstw i nie t po prostu kopiuj go bez ogródek lub trzymaj się go.

8. Wiele uziemionych wewnętrznych warstw elektrycznych może skutecznie zmniejszyć impedancję uziemienia. Na przykład warstwa sygnału A i warstwa sygnału B wykorzystują oddzielne płaszczyzny uziemienia, co może skutecznie zmniejszyć zakłócenia w trybie wspólnym.

Powszechnie stosowana struktura warstwowa: płyta 4-warstwowa

Poniżej na przykładzie płyty 4-warstwowej zilustrowano, jak zoptymalizować układ i łączenie różnych struktur laminowanych.

W przypadku powszechnie stosowanych płyt 4-warstwowych istnieją następujące metody układania (od góry do dołu).

(1) Siganl_1 (góra), GND (wewnętrzna_1), POWER (wewnętrzna_2), Siganl_2 (dół).

(2) Siganl_1 (góra), POWER (wewnętrzna_1), GND (wewnętrzna_2), Siganl_2 (dół).

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

Oczywiście w wariancie 3 brakuje skutecznego sprzężenia między warstwą mocy a warstwą gruntu i nie należy jej przyjmować.

Then how should options 1 and 2 be selected?

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.

Ale kiedy elementy muszą być umieszczone zarówno na górnej, jak i dolnej warstwie, a grubość dielektryka między wewnętrzną warstwą zasilania a warstwą uziemienia jest duża, a sprzężenie słabe, należy rozważyć, która warstwa ma mniej linii sygnałowych. W przypadku Opcji 1 na dolnej warstwie jest mniej linii sygnałowych, a do połączenia z warstwą POWER można użyć folii miedzianej o dużej powierzchni; wręcz przeciwnie, jeśli elementy są ułożone głównie na dolnej warstwie, należy zastosować Wariant 2 do wykonania płyty.

Jeśli przyjmie się konstrukcję laminowaną, warstwa mocy i warstwa podłoża są już połączone. Biorąc pod uwagę wymagania symetrii, ogólnie przyjmuje się schemat 1.

Płyta 6-warstwowa

Po zakończeniu analizy struktury laminowanej płyty 4-warstwowej poniżej przedstawiono przykład kombinacji płyt 6-warstwowych w celu zilustrowania układu i kombinacji płyty 6-warstwowej oraz preferowanej metody.

(1) Siganl_1 (góra), GND (wewnętrzna_1), Siganl_2 (wewnętrzna_2), Siganl_3 (wewnętrzna_3), moc (wewnętrzna_4), Siganl_4 (dół).

Rozwiązanie 1 wykorzystuje 4 warstwy sygnałowe i 2 wewnętrzne warstwy zasilania/uziemienia, przy czym więcej warstw sygnałowych sprzyja pracy okablowania między komponentami, ale wady tego rozwiązania są również bardziej widoczne, co przejawia się w dwóch następujących aspektach:

① Płaszczyzna zasilania i płaszczyzna uziemienia są daleko od siebie i nie są wystarczająco połączone.

② Warstwa sygnału Siganl_2 (Inner_2) i Siganl_3 (Inner_3) sąsiadują bezpośrednio, więc izolacja sygnału nie jest dobra, a przesłuchy są łatwe.

(2) Siganl_1 (góra), Siganl_2 (wewnętrzna_1), MOC (wewnętrzna_2), GND (wewnętrzna_3), Siganl_3 (wewnętrzna_4), Siganl_4 (dół).

Schemat 2 W porównaniu ze schematem 1 warstwa mocy i płaszczyzna uziemienia są w pełni sprzężone, co ma pewną przewagę nad schematem 1, ale

Warstwy sygnału Siganl_1 (góra) i Siganl_2 (wewnętrzna_1) oraz Siganl_3 (wewnętrzna_4) i Siganl_4 (dół) sąsiadują bezpośrednio ze sobą. Izolacja sygnału nie jest dobra, a problem przesłuchów nie został rozwiązany.

(3) Siganl_1 (góra), GND (wewnętrzna_1), Siganl_2 (wewnętrzna_2), POWER (wewnętrzna_3), GND (wewnętrzna_4), Siganl_3 (dół).

W porównaniu ze schematem 1 i schematem 2, schemat 3 ma o jedną mniej warstwę sygnałową i jedną większą wewnętrzną warstwę elektryczną. Chociaż warstwy dostępne do okablowania są zmniejszone, ten schemat rozwiązuje typowe wady Schematu 1 i Schematu 2.

① Płaszczyzna zasilania i płaszczyzna uziemienia są ściśle połączone.

② Każda warstwa sygnału przylega bezpośrednio do wewnętrznej warstwy elektrycznej i jest skutecznie odizolowana od innych warstw sygnału, a przesłuchy nie są łatwe do wystąpienia.

③ Siganl_2 (Inner_2) sąsiaduje z dwiema wewnętrznymi warstwami elektrycznymi GND (Inner_1) i POWER (Inner_3), które mogą być wykorzystywane do przesyłania szybkich sygnałów. Dwie wewnętrzne warstwy elektryczne mogą skutecznie chronić interferencję ze świata zewnętrznego na warstwę Siganl_2 (Inner_2) oraz interferencję z Siganl_2 (Inner_2) na świat zewnętrzny.

Pod każdym względem schemat 3 jest oczywiście najbardziej zoptymalizowany. Jednocześnie schemat 3 jest również powszechnie stosowaną konstrukcją laminowaną dla płyt 6-warstwowych. Poprzez analizę powyższych dwóch przykładów uważam, że czytelnik ma pewne zrozumienie struktury kaskadowej, ale w niektórych przypadkach pewien schemat nie może spełnić wszystkich wymagań, co wymaga uwzględnienia priorytetu różnych zasad projektowania. Niestety, ze względu na fakt, że konstrukcja warstwy płytki drukowanej jest ściśle powiązana z charakterystyką rzeczywistego obwodu, działanie przeciwzakłóceniowe i koncentracja projektowa różnych obwodów są różne, więc w rzeczywistości zasady te nie mają określonego priorytetu odniesienia. Pewne jest jednak to, że w projekcie najpierw musi być spełniona zasada projektowa 2 (wewnętrzna warstwa mocy i warstwa uziemiająca) muszą być spełnione, a jeśli w obwodzie muszą być przesyłane sygnały o dużej prędkości, wówczas zasada projektowa 3 (warstwa szybkiej transmisji sygnału w obwodzie) Powinna to być warstwa pośrednia sygnału i umieszczona pomiędzy dwiema wewnętrznymi warstwami elektrycznymi).

Płyta 10-warstwowa

Typowa 10-warstwowa konstrukcja płytki PCB

Ogólna sekwencja okablowania to TOP-GND-Signal Layer-Power Layer-GND-Signal Layer-Power Layer-Signal Layer-GND-BOTTOM

Sama sekwencja okablowania niekoniecznie jest ustalona, ​​ale istnieją pewne normy i zasady, które ją ograniczają: Na przykład sąsiednie warstwy górnej i dolnej warstwy wykorzystują GND, aby zapewnić charakterystykę EMC pojedynczej płyty; na przykład każda warstwa sygnałowa korzystnie wykorzystuje warstwę GND jako płaszczyznę odniesienia; zasilacz zastosowany w całej pojedynczej płytce jest ułożony preferencyjnie na całym kawałku miedzi; podatny, szybki i wolał iść wzdłuż wewnętrznej warstwy skoku itp.