Перед проектированием многослойная печатная плата Плата, разработчик должен сначала определить структуру печатной платы, используемую в соответствии с масштабом схемы, размером печатной платы и требованиями электромагнитной совместимости (EMC), то есть решить, использовать ли 4 слоя, 6 слоев или больше слоев печатных плат. . После определения количества слоев определите, где разместить внутренние электрические слои и как распределять различные сигналы по этим слоям. Это выбор многослойной структуры стека печатной платы.

Ламинированная структура является важным фактором, влияющим на характеристики ЭМС печатных плат, а также важным средством подавления электромагнитных помех. В этой статье представлено соответствующее содержание структуры стека многослойной печатной платы.

После определения количества слоев питания, заземления и сигналов их относительное расположение – это тема, от которой не может обойтись ни один инженер по печатным платам;

Общий принцип расположения слоев:

1. Чтобы определить многослойную структуру многослойной печатной платы, необходимо учитывать больше факторов. С точки зрения разводки, чем больше слоев, тем лучше разводка, но стоимость и сложность изготовления платы также возрастут. Для производителей, является ли ламинированная структура симметричной или нет, это фокус, на который следует обращать внимание при изготовлении печатных плат, поэтому при выборе количества слоев необходимо учитывать потребности всех аспектов для достижения наилучшего баланса. Опытные дизайнеры после завершения предварительного макета компонентов сосредоточатся на анализе узких мест в проводке печатной платы. Совместите с другими инструментами EDA для анализа плотности разводки печатной платы; затем синтезировать количество и типы сигнальных линий со специальными требованиями к проводке, такими как дифференциальные линии, чувствительные сигнальные линии и т. д., чтобы определить количество сигнальных слоев; затем в зависимости от типа источника питания, изоляции и защиты от помех. Требования для определения количества внутренних электрических слоев. Таким образом, в основном определяется количество слоев всей печатной платы.

2. Нижняя часть поверхности компонента (второй слой) является плоскостью заземления, которая обеспечивает слой экранирования устройства и опорную плоскость для верхней разводки; чувствительный сигнальный слой должен примыкать к внутреннему электрическому слою (внутренний слой питания / заземления), используя большой внутренний электрический слой Медная пленка для обеспечения экранирования сигнального слоя. Слой высокоскоростной передачи сигнала в схеме должен быть промежуточным слоем сигнала и находиться между двумя внутренними электрическими слоями. Таким образом, медная пленка двух внутренних электрических слоев может обеспечивать электромагнитное экранирование для высокоскоростной передачи сигнала, и в то же время она может эффективно ограничивать излучение высокоскоростного сигнала между двумя внутренними электрическими слоями, не вызывая внешнее вмешательство.

3. Все сигнальные слои максимально приближены к плоскости земли;

4. Старайтесь избегать двух смежных сигнальных слоев; легко ввести перекрестные помехи между соседними сигнальными слоями, что приведет к сбою в работе схемы. Добавление заземляющего слоя между двумя сигнальными слоями может эффективно избежать перекрестных помех.

5. Основной источник питания максимально приближен к нему соответственно;

6. Учитывайте симметрию ламинированной конструкции.

7. Что касается многослойной разводки материнской платы, то существующим материнским платам трудно контролировать параллельную проводку на большие расстояния. Для рабочей частоты на уровне платы выше 50 МГц (см. Ситуацию ниже 50 МГц, пожалуйста, расслабьтесь соответствующим образом) рекомендуется использовать следующий принцип:

Поверхность компонента и поверхность сварки представляют собой полную плоскость заземления (экран); нет смежных параллельных слоев разводки; все сигнальные слои расположены как можно ближе к плоскости заземления;

Ключевой сигнал прилегает к земле и не пересекает перегородку.

Примечание. При настройке конкретных слоев печатной платы необходимо гибко усвоить вышеуказанные принципы. Основываясь на понимании вышеупомянутых принципов, в соответствии с фактическими требованиями к одной плате, такими как: требуется ли ключевой слой разводки, источник питания, разделение заземляющего слоя и т. Д., Определите расположение слоев и не делайте этого. Просто скопируйте это прямо или держитесь за него.

8. Множественные заземленные внутренние электрические слои могут эффективно снизить сопротивление заземления. Например, уровень сигнала A и уровень сигнала B используют отдельные плоскости заземления, которые могут эффективно уменьшить помехи синфазного режима.

Обычно используется слоистая структура: 4-х слойная доска.

Далее используется пример 4-слойной доски, чтобы проиллюстрировать, как оптимизировать расположение и комбинацию различных ламинированных структур.

Для широко используемых 4-слойных досок существуют следующие методы укладки (сверху вниз).

(1) Siganl_1 (вверху), GND (Inner_1), POWER (Inner_2), Siganl_2 (внизу).

(2) Siganl_1 (вверху), POWER (Inner_1), GND (Inner_2), Siganl_2 (внизу).

(3) POWER (вверху), Siganl_1 (Inner_1), GND (Inner_2), Siganl_2 (внизу).

Очевидно, что в Варианте 3 отсутствует эффективная связь между уровнем мощности и уровнем земли, и его не следует применять.

Тогда как выбрать варианты 1 и 2?

В нормальных условиях дизайнеры выбирают вариант 1 в качестве структуры 4-слойной доски. Причина выбора заключается не в том, что вариант 2 не может быть принят, а в том, что общая печатная плата размещает компоненты только на верхнем слое, поэтому более целесообразно принять вариант 1.

Но когда компоненты необходимо разместить как на верхнем, так и на нижнем слоях, а толщина диэлектрика между внутренним силовым слоем и слоем заземления велика, а связь плохая, необходимо учитывать, какой слой имеет меньше сигнальных линий. Для варианта 1 на нижнем слое меньше сигнальных линий, и для соединения со слоем POWER можно использовать медную пленку большой площади; наоборот, если компоненты в основном расположены на нижнем слое, для изготовления платы следует использовать вариант 2.

Если используется слоистая структура, слой питания и слой заземления уже соединены. С учетом требований симметрии обычно принимается схема 1.

6-х слойная доска

После завершения анализа многослойной структуры 4-слойной платы ниже используется пример комбинации 6-слойной платы, чтобы проиллюстрировать компоновку и комбинацию 6-слойной платы и предпочтительный метод.

(1) Siganl_1 (вверху), GND (Inner_1), Siganl_2 (Inner_2), Siganl_3 (Inner_3), power (Inner_4), Siganl_4 (внизу).

В решении 1 используются 4 сигнальных слоя и 2 внутренних слоя питания / заземления с большим количеством сигнальных слоев, что способствует электромонтажу между компонентами, но недостатки этого решения также более очевидны, что проявляется в следующих двух аспектах:

① Плоскость питания и земля находятся далеко друг от друга и недостаточно связаны.

② Сигнальный слой Siganl_2 (Inner_2) и Siganl_3 (Inner_3) являются непосредственно смежными, поэтому изоляция сигнала плохая и легко могут возникнуть перекрестные помехи.

(2) Siganl_1 (вверху), Siganl_2 (Inner_1), POWER (Inner_2), GND (Inner_3), Siganl_3 (Inner_4), Siganl_4 (внизу).

Схема 2 По сравнению со схемой 1, слой питания и земля полностью связаны, что имеет определенные преимущества перед схемой 1, но

Сигнальные слои Siganl_1 (вверху), Siganl_2 (Inner_1) и Siganl_3 (Inner_4) и Siganl_4 (внизу) непосредственно примыкают друг к другу. Изоляция сигнала плохая, и проблема перекрестных помех не решена.

(3) Siganl_1 (вверху), GND (внутренний_1), Siganl_2 (внутренний_2), POWER (внутренний_3), GND (внутренний_4), Siganl_3 (внизу).

По сравнению со схемой 1 и схемой 2, схема 3 имеет на один сигнальный слой меньше и на один внутренний электрический слой больше. Хотя количество слоев, доступных для разводки, уменьшено, эта схема устраняет общие дефекты Схемы 1 и Схемы 2.

① Плоскость питания и земля тесно связаны.

② Каждый сигнальный слой непосредственно примыкает к внутреннему электрическому слою и эффективно изолирован от других сигнальных слоев, поэтому возникают перекрестные помехи.

③ Siganl_2 (Inner_2) находится рядом с двумя внутренними электрическими слоями GND (Inner_1) и POWER (Inner_3), которые могут использоваться для передачи высокоскоростных сигналов. Два внутренних электрических слоя могут эффективно экранировать помехи от внешнего мира к слою Siganl_2 (Inner_2) и помехи от Siganl_2 (Inner_2) к внешнему миру.

Во всех отношениях схема 3, очевидно, является наиболее оптимизированной. В то же время схема 3 также является широко применяемой ламинированной конструкцией для 6-слойных плит. Анализируя приведенные выше два примера, я считаю, что читатель имеет определенное представление о каскадной структуре, но в некоторых случаях определенная схема не может удовлетворить всем требованиям, что требует учета приоритета различных принципов проектирования. К сожалению, из-за того, что конструкция слоев печатной платы тесно связана с характеристиками реальной схемы, характеристики защиты от помех и дизайн различных схем различаются, поэтому на самом деле эти принципы не имеют определенного приоритета для справки. Но что несомненно, так это то, что принцип 2 (внутренний слой питания и слой заземления должны быть тесно связаны) должен быть соблюден в первую очередь при проектировании, и если высокоскоростные сигналы должны передаваться в цепи, то принцип проектирования 3 (слой высокоскоростной передачи сигнала в цепи) Он должен быть промежуточным слоем сигнала и зажат между двумя внутренними электрическими слоями).

10-х слойная доска

Типичная 10-слойная конструкция печатной платы

Общая последовательность подключения: TOP – GND – уровень сигнала – уровень мощности – GND – уровень сигнала – уровень мощности – уровень сигнала – GND – BOTTOM.

Сама последовательность подключения не обязательно является фиксированной, но существуют некоторые стандарты и принципы, ограничивающие ее: например, соседние слои верхнего и нижнего уровней используют GND для обеспечения характеристик ЭМС отдельной платы; например, каждый сигнальный уровень предпочтительно использует слой GND в качестве опорной плоскости; источник питания, используемый во всей единой плате, предпочтительно размещен на цельном куске меди; восприимчивые, скоростные, предпочитающие идти по внутреннему слою прыжка и т. д.