Antes de projetar PCB multicamadas placa, o projetista precisa primeiro determinar a estrutura da placa de circuito usada de acordo com a escala do circuito, tamanho da placa de circuito e requisitos de compatibilidade eletromagnética (EMC), ou seja, decidir se usar 4 camadas, 6 camadas ou mais camadas de placas de circuito . Depois de determinar o número de camadas, determine onde colocar as camadas elétricas internas e como distribuir diferentes sinais nessas camadas. Esta é a escolha da estrutura de pilha de PCB multicamadas.

A estrutura laminada é um fator importante que afeta o desempenho EMC das placas PCB e também é um meio importante para suprimir a interferência eletromagnética. Este artigo apresenta o conteúdo relevante da estrutura da pilha de placas PCB multicamadas.

Depois de determinar o número de camadas de energia, aterramento e sinal, o arranjo relativo delas é um tópico que todo engenheiro de PCB não pode evitar;

O princípio geral do arranjo de camadas:

1. Para determinar a estrutura laminada de uma placa PCB multicamadas, mais fatores precisam ser considerados. Do ponto de vista da fiação, quanto mais camadas, melhor será a fiação, mas o custo e a dificuldade de fabricação da placa também aumentarão. Para os fabricantes, se a estrutura laminada é simétrica ou não é o foco que deve ser prestado atenção quando as placas de PCB são fabricadas, portanto, a escolha do número de camadas deve considerar as necessidades de todos os aspectos para obter o melhor equilíbrio. Para designers experientes, depois de concluir o pré-layout dos componentes, eles se concentrarão na análise do gargalo da fiação do PCB. Combine com outras ferramentas EDA para analisar a densidade da fiação da placa de circuito; em seguida, sintetize o número e os tipos de linhas de sinal com requisitos de fiação especiais, como linhas diferenciais, linhas de sinal sensíveis, etc., para determinar o número de camadas de sinal; em seguida, de acordo com o tipo de fonte de alimentação, isolamento e anti-interferência Os requisitos para determinar o número de camadas elétricas internas. Desta forma, o número de camadas de toda a placa de circuito é basicamente determinado.

2. A parte inferior da superfície do componente (a segunda camada) é o plano de aterramento, que fornece a camada de proteção do dispositivo e o plano de referência para a fiação superior; a camada de sinal sensível deve ser adjacente a uma camada elétrica interna (camada interna de energia / terra), usando a grande camada elétrica interna Filme de cobre para fornecer proteção para a camada de sinal. A camada de transmissão de sinal de alta velocidade no circuito deve ser uma camada intermediária de sinal e ensanduichada entre duas camadas elétricas internas. Desta forma, a película de cobre das duas camadas elétricas internas pode fornecer blindagem eletromagnética para transmissão de sinal de alta velocidade e, ao mesmo tempo, pode limitar efetivamente a radiação do sinal de alta velocidade entre as duas camadas elétricas internas sem causar interferência externa.

3. Todas as camadas de sinal estão o mais perto possível do plano de terra;

4. Tente evitar duas camadas de sinal diretamente adjacentes uma à outra; é fácil introduzir crosstalk entre camadas de sinal adjacentes, resultando em falha de função do circuito. Adicionar um plano de aterramento entre as duas camadas de sinal pode efetivamente evitar a diafonia.

5. A fonte de alimentação principal é o mais próximo possível dela correspondentemente;

6. Leve em consideração a simetria da estrutura laminada.

7. Para o layout de camadas da placa-mãe, é difícil para as placas-mãe existentes controlar a fiação paralela de longa distância. Para a frequência operacional de nível de placa acima de 50 MHz (consulte a situação abaixo de 50 MHz, relaxe apropriadamente), é recomendado organizar o princípio:

A superfície do componente e a superfície de soldagem são um plano de aterramento completo (blindagem); Nenhuma camada de fiação paralela adjacente; Todas as camadas de sinal são o mais próximo possível do plano de aterramento;

O sinal principal é adjacente ao solo e não atravessa a divisória.

Nota: Ao configurar as camadas de PCB específicas, os princípios acima devem ser dominados de forma flexível. Com base na compreensão dos princípios acima, de acordo com os requisitos reais da placa única, tais como: se uma camada de fiação principal, fonte de alimentação, divisão do plano de aterramento é necessária, etc., Determine a disposição das camadas e não t apenas copiá-lo sem rodeios ou mantê-lo.

8. Múltiplas camadas elétricas internas aterradas podem efetivamente reduzir a impedância de aterramento. Por exemplo, a camada de sinal A e a camada de sinal B usam planos de solo separados, o que pode reduzir efetivamente a interferência de modo comum.

A estrutura em camadas comumente usada: placa de 4 camadas

O seguinte usa um exemplo de uma placa de 4 camadas para ilustrar como otimizar o arranjo e a combinação de várias estruturas laminadas.

Para placas de 4 camadas comumente usadas, existem os seguintes métodos de empilhamento (de cima para baixo).

(1) Siganl_1 (superior), GND (interno_1), POWER (interno_2), Siganl_2 (inferior).

(2) Siganl_1 (superior), POWER (interno_1), GND (interno_2), Siganl_2 (inferior).

(3) POWER (superior), Siganl_1 (Interno_1), GND (Interno_2), Siganl_2 (inferior).

Obviamente, a opção 3 carece de acoplamento eficaz entre a camada de energia e a camada de solo e não deve ser adotada.

Então, como as opções 1 e 2 devem ser selecionadas?

Em circunstâncias normais, os designers escolherão a opção 1 como a estrutura da placa de 4 camadas. A razão para a escolha não é que a Opção 2 não possa ser adotada, mas que a placa PCB geral apenas coloca componentes na camada superior, por isso é mais apropriado adotar a Opção 1.

Mas quando os componentes precisam ser colocados nas camadas superior e inferior, e a espessura dielétrica entre a camada de energia interna e a camada de solo é grande e o acoplamento é ruim, é necessário considerar qual camada tem menos linhas de sinal. Para a Opção 1, há menos linhas de sinal na camada inferior e um filme de cobre de grande área pode ser usado para acoplar com a camada POWER; pelo contrário, se os componentes estão dispostos principalmente na camada inferior, a opção 2 deve ser usada para fazer a placa.

Se uma estrutura laminada for adotada, a camada de energia e a camada de solo já estão acopladas. Considerando os requisitos de simetria, o esquema 1 é geralmente adotado.

Placa de 6 camadas

Depois de completar a análise da estrutura laminada da placa de 4 camadas, o seguinte usa um exemplo da combinação da placa de 6 camadas para ilustrar a disposição e combinação da placa de 6 camadas e o método preferido.

(1) Siganl_1 (Superior), GND (Interno_1), Siganl_2 (Interno_2), Siganl_3 (Interno_3), potência (Interno_4), Siganl_4 (Inferior).

A solução 1 utiliza 4 camadas de sinal e 2 camadas de potência / solo internas, com mais camadas de sinal, o que favorece o trabalho de fiação entre os componentes, mas os defeitos dessa solução também são mais evidentes, que se manifestam nos dois aspectos a seguir:

① O plano de potência e o plano de aterramento estão distantes e não estão suficientemente acoplados.

② A camada de sinal Siganl_2 (Inner_2) e Siganl_3 (Inner_3) são diretamente adjacentes, portanto, o isolamento do sinal não é bom e a diafonia é fácil de ocorrer.

(2) Siganl_1 (superior), Siganl_2 (interno_1), POWER (interno_2), GND (interno_3), Siganl_3 (interno_4), Siganl_4 (inferior).

Esquema 2 Em comparação com o esquema 1, a camada de potência e o plano de aterramento estão totalmente acoplados, o que tem certas vantagens sobre o esquema 1, mas

As camadas de sinal Siganl_1 (superior) e Siganl_2 (Inner_1) e Siganl_3 (Inner_4) e Siganl_4 (inferior) são diretamente adjacentes umas às outras. O isolamento do sinal não é bom e o problema de diafonia não foi resolvido.

(3) Siganl_1 (Superior), GND (Interno_1), Siganl_2 (Interno_2), POWER (Interno_3), GND (Interno_4), Siganl_3 (Inferior).

Em comparação com o Esquema 1 e o Esquema 2, o Esquema 3 tem menos uma camada de sinal e mais uma camada elétrica interna. Embora as camadas disponíveis para a fiação sejam reduzidas, este esquema resolve os defeitos comuns do Esquema 1 e Esquema 2.

① O plano de potência e o plano de aterramento estão fortemente acoplados.

② Cada camada de sinal é diretamente adjacente à camada elétrica interna e é efetivamente isolada de outras camadas de sinal, e a diafonia não é fácil de ocorrer.

③ Siganl_2 (Inner_2) é adjacente às duas camadas elétricas internas GND (Inner_1) e POWER (Inner_3), que podem ser usadas para transmitir sinais de alta velocidade. As duas camadas elétricas internas podem proteger com eficácia a interferência do mundo externo para a camada Siganl_2 (Inner_2) e a interferência do Siganl_2 (Inner_2) para o mundo externo.

Em todos os aspectos, o esquema 3 é obviamente o mais otimizado. Ao mesmo tempo, o esquema 3 também é uma estrutura laminada comumente usada para placas de 6 camadas. Por meio da análise dos dois exemplos acima, acredito que o leitor tenha um certo entendimento da estrutura em cascata, mas em alguns casos, um determinado esquema não pode atender a todos os requisitos, o que requer consideração da prioridade de vários princípios de design. Infelizmente, devido ao fato de que o projeto da camada da placa de circuito está intimamente relacionado às características do circuito real, o desempenho anti-interferência e o foco do projeto de diferentes circuitos são diferentes; portanto, na verdade, esses princípios não têm prioridade determinada para referência. Mas o que é certo é que o princípio de design 2 (a camada de energia interna e a camada de solo devem ser fortemente acopladas) precisa ser atendido primeiro no design, e se os sinais de alta velocidade precisam ser transmitidos no circuito, então o princípio de design 3 (camada de transmissão de sinal de alta velocidade no circuito) Deve ser a camada intermediária de sinal e imprensada entre duas camadas elétricas internas) deve ser satisfeita.

Placa de 10 camadas

Design típico de placa de PCB de 10 camadas

A sequência de fiação geral é TOP – GND — camada de sinal — camada de energia — GND — camada de sinal — camada de energia — camada de sinal — GND — BOTTOM

A sequência de fiação em si não é necessariamente fixa, mas existem alguns padrões e princípios para restringi-la: por exemplo, as camadas adjacentes da camada superior e da camada inferior usam GND para garantir as características EMC da placa única; por exemplo, cada camada de sinal preferencialmente usa a camada GND como um plano de referência; a fonte de alimentação usada em toda a placa única é preferencialmente colocada em uma peça inteira de cobre; o suscetível, de alta velocidade e preferido para ir ao longo da camada interna do salto, etc.