Principiul de dispunere a stratului de design laminat PCB și structura comună laminată

Înainte de proiectare PCB multistrat proiectantul trebuie să determine mai întâi structura plăcii de circuite utilizate în funcție de scara circuitului, dimensiunea plăcii de circuit și cerințele de compatibilitate electromagnetică (EMC), adică să decidă dacă să folosească 4 straturi, 6 straturi sau mai multe straturi de plăci de circuite. . După ce ați determinat numărul de straturi, determinați unde să plasați straturile electrice interne și cum să distribuiți diferite semnale pe aceste straturi. Aceasta este alegerea structurii stivei de PCB multistrat.

ipcb

Structura laminată este un factor important care afectează performanța EMC a plăcilor PCB și este, de asemenea, un mijloc important de suprimare a interferențelor electromagnetice. Acest articol prezintă conținutul relevant al structurii stivei de plăci PCB multistrat.

După determinarea numărului de straturi de putere, masă și semnal, aranjarea relativă a acestora este un subiect pe care orice inginer PCB nu îl poate evita;

Principiul general al dispunerii straturilor:

1. Pentru a determina structura laminată a unei plăci PCB multistrat, trebuie luați în considerare mai mulți factori. Din perspectiva cablajului, cu cât sunt mai multe straturi, cu atât cablarea este mai bună, dar costul și dificultatea fabricării plăcilor vor crește și ele. Pentru producători, dacă structura laminată este simetrică sau nu, este accentul căruia trebuie acordată atenție atunci când sunt fabricate plăcile PCB, astfel încât alegerea numărului de straturi trebuie să ia în considerare nevoile tuturor aspectelor pentru a obține cel mai bun echilibru. Pentru designerii cu experiență, după finalizarea pre-amenajare a componentelor, aceștia se vor concentra pe analiza blocajului cablajului PCB. Combinați cu alte instrumente EDA pentru a analiza densitatea cablajului plăcii de circuite; apoi sintetizează numărul și tipurile de linii de semnal cu cerințe speciale de cablare, cum ar fi linii diferențiale, linii de semnal sensibile etc., pentru a determina numărul de straturi de semnal; apoi în funcție de tipul de alimentare, izolare și anti-interferență Cerințele pentru a determina numărul de straturi electrice interne. În acest fel, se determină practic numărul de straturi ale întregii plăci de circuite.

2. Partea inferioară a suprafeței componentei (al doilea strat) este planul de masă, care asigură stratul de ecranare a dispozitivului și planul de referință pentru cablarea superioară; stratul sensibil de semnal ar trebui să fie adiacent unui strat electric intern (stratul intern de putere/sol), folosind stratul electric intern mare Film de cupru pentru a oferi ecranare pentru stratul de semnal. Stratul de transmisie a semnalului de mare viteză din circuit ar trebui să fie un strat intermediar de semnal și intercalat între două straturi electrice interioare. În acest fel, pelicula de cupru a celor două straturi electrice interioare poate oferi ecranare electromagnetică pentru transmisia de semnal de mare viteză și, în același timp, poate limita eficient radiația semnalului de mare viteză între cele două straturi electrice interioare fără a provoca interferențe externe.

3. Toate straturile de semnal sunt cât mai aproape posibil de planul de sol;

4. Încercați să evitați două straturi de semnal direct adiacente unul altuia; este ușor să introduceți diafonie între straturile de semnal adiacente, ceea ce duce la defecțiunea funcției circuitului. Adăugarea unui plan de masă între cele două straturi de semnal poate evita în mod eficient diafonia.

5. Sursa principală de alimentare este cât mai aproape posibil de aceasta în mod corespunzător;

6. Luați în considerare simetria structurii laminate.

7. Pentru aspectul stratului plăcii de bază, este dificil pentru plăcile de bază existente să controleze cablarea paralelă la distanță lungă. Pentru frecvența de operare la nivel de placă de peste 50MHZ (consultați situația sub 50MHZ, vă rugăm să vă relaxați corespunzător), se recomandă aranjarea principiului:

Suprafața componentei și suprafața de sudare sunt un plan de masă complet (scut); Fără straturi de cablare paralele adiacente; Toate straturile de semnal sunt cât mai aproape posibil de planul de masă;

Semnalul cheie este adiacent solului și nu traversează partiția.

Notă: Când configurați straturile specifice de PCB, principiile de mai sus ar trebui să fie stăpânite în mod flexibil. Pe baza înțelegerii principiilor de mai sus, în conformitate cu cerințele reale ale plăcii unice, cum ar fi: dacă este necesar un strat de cablare cheie, sursa de alimentare, diviziunea planului de masă etc., Determinați aranjamentul straturilor și nu nu-l copiați pur și simplu sau țineți-l.

8. Mai multe straturi electrice interne împământate pot reduce în mod eficient impedanța la pământ. De exemplu, stratul de semnal A și stratul de semnal B folosesc planuri de sol separate, care pot reduce în mod eficient interferența în modul comun.

Structura stratificată utilizată în mod obișnuit: placă cu 4 straturi

Următorul folosește un exemplu de placă cu 4 straturi pentru a ilustra modul de optimizare a aranjamentului și combinației diferitelor structuri laminate.

Pentru plăcile cu 4 straturi utilizate în mod obișnuit, există următoarele metode de stivuire (de sus în jos).

(1) Siganl_1 (Sus), GND (Inner_1), POWER (Inner_2), Siganl_2 (Jos).

(2) Siganl_1 (Sus), POWER (Inner_1), GND (Inner_2), Siganl_2 (Jos).

(3) POWER (Sus), Siganl_1 (Inner_1), GND (Inner_2), Siganl_2 (jos).

Evident, Opțiunea 3 nu are o cuplare eficientă între stratul de putere și stratul de sol și nu ar trebui adoptată.

Atunci cum ar trebui selectate opțiunile 1 și 2?

În circumstanțe normale, designerii vor alege opțiunea 1 ca structură a plăcii cu 4 straturi. Motivul alegerii nu este că opțiunea 2 nu poate fi adoptată, ci că placa generală PCB plasează doar componente pe stratul superior, deci este mai potrivit să adoptăm opțiunea 1.

Dar atunci când componentele trebuie plasate atât pe stratul superior, cât și pe cel inferior, iar grosimea dielectrică dintre stratul de putere intern și stratul de pământ este mare și cuplarea este slabă, este necesar să se ia în considerare care strat are mai puține linii de semnal. Pentru Opțiunea 1, există mai puține linii de semnal pe stratul inferior și o peliculă de cupru cu suprafață mare poate fi folosită pentru a cupla cu stratul POWER; dimpotrivă, dacă componentele sunt aranjate în principal pe stratul inferior, opțiunea 2 ar trebui folosită pentru a face placa.

Dacă se adoptă o structură laminată, stratul de putere și stratul de sol sunt deja cuplate. Având în vedere cerințele de simetrie, schema 1 este în general adoptată.

Placa cu 6 straturi

După finalizarea analizei structurii laminate a plăcii cu 4 straturi, următoarele utilizează un exemplu de combinație de plăci cu 6 straturi pentru a ilustra aranjarea și combinația plăcii cu 6 straturi și metoda preferată.

(1) Siganl_1 (Sus), GND (Inner_1), Siganl_2 (Inner_2), Siganl_3 (Inner_3), putere (Inner_4), Siganl_4 (jos).

Soluția 1 folosește 4 straturi de semnal și 2 straturi interne de putere/împământare, cu mai multe straturi de semnal, ceea ce este propice lucrului de cablare între componente, dar defectele acestei soluții sunt și ele mai evidente, care se manifestă în următoarele două aspecte:

① Planul de putere și planul de masă sunt departe unul de celălalt și nu sunt suficient cuplate.

② Stratul de semnal Siganl_2 (Inner_2) și Siganl_3 (Inner_3) sunt direct adiacente, astfel încât izolarea semnalului nu este bună, iar diafonia este ușor să apară.

(2) Siganl_1 (Sus), Siganl_2 (Inner_1), POWER (Inner_2), GND (Inner_3), Siganl_3 (Inner_4), Siganl_4 (Bas).

Schema 2 În comparație cu schema 1, stratul de putere și planul de masă sunt complet cuplate, ceea ce are anumite avantaje față de schema 1, dar

Straturile de semnal Siganl_1 (Sus) și Siganl_2 (Inner_1) și Siganl_3 (Inner_4) și Siganl_4 (jos) sunt direct adiacente unul altuia. Izolarea semnalului nu este bună, iar problema diafoniei nu este rezolvată.

(3) Siganl_1 (Sus), GND (Inner_1), Siganl_2 (Inner_2), POWER (Inner_3), GND (Inner_4), Siganl_3 (jos).

În comparație cu Schema 1 și Schema 2, Schema 3 are un strat de semnal mai puțin și încă un strat electric intern. Deși straturile disponibile pentru cablare sunt reduse, această schemă rezolvă defectele comune ale Schemei 1 și Schemei 2.

① Planul de putere și planul de masă sunt strâns cuplate.

② Fiecare strat de semnal este direct adiacent stratului electric interior și este izolat efectiv de alte straturi de semnal, iar diafonia nu este ușor să apară.

③ Siganl_2 (Inner_2) este adiacent celor două straturi electrice interioare GND (Inner_1) și POWER (Inner_3), care pot fi folosite pentru a transmite semnale de mare viteză. Cele două straturi electrice interioare pot proteja eficient interferența din lumea exterioară la stratul Siganl_2 (Inner_2) și interferența de la Siganl_2 (Inner_2) către lumea exterioară.

Din toate punctele de vedere, schema 3 este, evident, cea mai optimizată. În același timp, schema 3 este, de asemenea, o structură laminată utilizată în mod obișnuit pentru plăci cu 6 straturi. Prin analiza celor două exemple de mai sus, cred că cititorul are o anumită înțelegere a structurii în cascadă, dar în unele cazuri, o anumită schemă nu poate îndeplini toate cerințele, ceea ce necesită luarea în considerare a priorității diferitelor principii de proiectare. Din păcate, datorită faptului că designul stratului plăcii de circuite este strâns legat de caracteristicile circuitului real, performanța anti-interferență și focalizarea asupra designului diferitelor circuite sunt diferite, deci, de fapt, aceste principii nu au o prioritate determinată pentru referință. Dar ceea ce este sigur este că principiul de proiectare 2 (stratul de putere intern și stratul de pământ ar trebui să fie strâns cuplate) trebuie îndeplinit mai întâi în proiectare, iar dacă semnalele de mare viteză trebuie transmise în circuit, atunci principiul de proiectare 3 (stratul de transmisie a semnalului de mare viteză în circuit) Ar trebui să fie stratul intermediar al semnalului și plasat între două straturi electrice interioare) trebuie să fie satisfăcut.

Placa cu 10 straturi

Design tipic de placă PCB cu 10 straturi

Secvența generală de cablare este TOP–GND — strat de semnal — strat de putere — GND — strat de semnal — strat de putere — strat de semnal — GND — BOTTOM

Secvența de cablare în sine nu este neapărat fixă, dar există câteva standarde și principii pentru a o restricționa: De exemplu, straturile adiacente ale stratului superior și ale stratului inferior folosesc GND pentru a asigura caracteristicile EMC ale plăcii unice; de exemplu, fiecare strat de semnal utilizează de preferinţă stratul GND ca Plan de referinţă; sursa de alimentare utilizată în întreaga placă unică este așezată de preferință pe o bucată întreagă de cupru; cel susceptibil, de mare viteză și preferat să meargă de-a lungul stratului interior al săriturii etc.