Pred navrhovaním viacvrstvová DPS doske, dizajnér musí najprv určiť použitú štruktúru dosky s plošnými spojmi podľa mierky obvodu, veľkosti dosky s obvodmi a požiadaviek na elektromagnetickú kompatibilitu (EMC), to znamená rozhodnúť, či použiť 4 vrstvy, 6 vrstiev alebo Viac vrstiev dosiek s plošnými spojmi . Po určení počtu vrstiev určite, kam umiestniť vnútorné elektrické vrstvy a ako distribuovať rôzne signály na týchto vrstvách. Toto je výber viacvrstvovej štruktúry DPS.

Laminovaná štruktúra je dôležitým faktorom, ktorý ovplyvňuje EMC výkon dosiek plošných spojov a je tiež dôležitým prostriedkom na potlačenie elektromagnetického rušenia. Tento článok predstavuje príslušný obsah štruktúry viacvrstvových dosiek plošných spojov.

Po určení počtu výkonových, zemných a signálových vrstiev je ich vzájomné usporiadanie témou, ktorej sa nevyhne každý technik PCB;

Všeobecný princíp usporiadania vrstiev:

1. Na určenie laminovanej štruktúry viacvrstvovej dosky PCB je potrebné zvážiť viac faktorov. Z pohľadu elektroinštalácie platí, že čím viac vrstiev, tým lepšia kabeláž, ale zvýšia sa aj náklady a náročnosť výroby dosky. Pre výrobcov je to, či je laminovaná štruktúra symetrická alebo nie, stredobodom pozornosti, ktorému je potrebné venovať pozornosť pri výrobe dosiek plošných spojov, takže výber počtu vrstiev musí zvážiť potreby všetkých aspektov, aby sa dosiahla najlepšia rovnováha. Skúsení dizajnéri sa po dokončení predbežného rozloženia komponentov zamerajú na analýzu úzkeho miesta zapojenia DPS. Skombinujte s inými nástrojmi EDA na analýzu hustoty zapojenia dosky plošných spojov; potom syntetizujte počet a typy signálových vedení so špeciálnymi požiadavkami na zapojenie, ako sú diferenciálne vedenia, citlivé signálové vedenia atď., aby ste určili počet signálových vrstiev; potom podľa typu napájania, izolácie a odrušenia Požiadavky na určenie počtu vnútorných elektrických vrstiev. Týmto spôsobom je v podstate určený počet vrstiev celej dosky plošných spojov.

2. Spodná časť povrchu komponentu (druhá vrstva) je základná rovina, ktorá poskytuje tieniacu vrstvu zariadenia a referenčnú rovinu pre hornú kabeláž; citlivá signálová vrstva by mala susediť s vnútornou elektrickou vrstvou (vnútorná napájacia/uzemňovacia vrstva), pričom by sa mala použiť veľká vnútorná elektrická vrstva medený film na zabezpečenie tienenia signálovej vrstvy. Vrstva prenosu vysokorýchlostného signálu v obvode by mala byť medzivrstvou signálu a vložená medzi dve vnútorné elektrické vrstvy. Týmto spôsobom môže medený film dvoch vnútorných elektrických vrstiev poskytnúť elektromagnetické tienenie pre vysokorýchlostný prenos signálu a súčasne môže účinne obmedziť vyžarovanie vysokorýchlostného signálu medzi dvoma vnútornými elektrickými vrstvami bez toho, aby spôsobil vonkajšie rušenie.

3. Všetky vrstvy signálu sú čo najbližšie k základnej rovine;

4. Snažte sa vyhnúť dvom signálovým vrstvám, ktoré priamo susedia vedľa seba; je ľahké zaviesť presluchy medzi susednými signálovými vrstvami, čo vedie k poruche funkcie obvodu. Pridanie uzemňovacej roviny medzi dve vrstvy signálu môže účinne zabrániť presluchom.

5. Hlavný zdroj energie je zodpovedajúcim spôsobom čo najbližšie k nemu;

6. Berte do úvahy symetriu laminovanej konštrukcie.

7. Pre vrstvové usporiadanie základnej dosky je pre existujúce základné dosky náročné ovládať paralelné diaľkové vedenie. Pre prevádzkovú frekvenciu na úrovni dosky nad 50 MHz (pozrite si situáciu pod 50 MHz, vhodne sa uvoľnite) sa odporúča usporiadať princíp:

Povrch komponentu a zvárací povrch sú kompletnou základnou rovinou (tienením);Žiadne susediace paralelné vrstvy vodičov;Všetky signálové vrstvy sú čo najbližšie k základnej rovine;

Kľúčový signál susedí so zemou a neprekračuje prepážku.

Poznámka: Pri nastavovaní konkrétnych vrstiev DPS je potrebné flexibilne si osvojiť vyššie uvedené princípy. Na základe pochopenia vyššie uvedených princípov, podľa skutočných požiadaviek na jednu dosku, ako napríklad: či je potrebná vrstva kľúčovej kabeláže, napájanie, rozdelenie základnej roviny atď. , Určite usporiadanie vrstiev a ne Neskopírujte ho jednoducho alebo ho držte.

8. Viacnásobné uzemnené vnútorné elektrické vrstvy môžu účinne znížiť impedanciu zeme. Napríklad signálová vrstva A a signálová vrstva B používajú samostatné uzemňovacie roviny, ktoré môžu účinne znížiť rušenie spoločného režimu.

Bežne používaná vrstvená štruktúra: 4-vrstvová doska

V nasledujúcom texte je použitý príklad 4-vrstvovej dosky na ilustráciu, ako optimalizovať usporiadanie a kombináciu rôznych laminovaných štruktúr.

Pre bežne používané 4-vrstvové dosky existujú nasledujúce spôsoby stohovania (zhora nadol).

(1) Siganl_1 (hore), GND (Vnútorné_1), POWER (Vnútorné_2), Siganl_2 (dole).

(2) Siganl_1 (hore), POWER (Vnútorné_1), GND (Vnútorné_2), Siganl_2 (dole).

(3) POWER (Horná), Siganl_1 (Vnútorná_1), GND (Vnútorná_2), Siganl_2 (Dolná).

Je zrejmé, že možnosť 3 postráda účinné prepojenie medzi napájacou vrstvou a základnou vrstvou a nemala by sa prijať.

Ako potom vybrať možnosti 1 a 2?

Za normálnych okolností si dizajnéri vyberú možnosť 1 ako štruktúru 4-vrstvovej dosky. Dôvodom výberu nie je to, že nemožno prijať možnosť 2, ale to, že všeobecná doska plošných spojov umiestňuje komponenty iba na vrchnú vrstvu, takže je vhodnejšie prijať možnosť 1.

Ale keď je potrebné umiestniť komponenty na hornú aj spodnú vrstvu a hrúbka dielektrika medzi vnútornou napájacou vrstvou a zemnou vrstvou je veľká a väzba je slabá, je potrebné zvážiť, ktorá vrstva má menej signálnych vedení. Pre možnosť 1 je na spodnej vrstve menej signálových liniek a na spojenie s vrstvou POWER možno použiť veľkoplošnú medenú fóliu; naopak, ak sú komponenty usporiadané hlavne na spodnej vrstve, na výrobu dosky by sa mala použiť možnosť 2.

Ak sa použije laminovaná štruktúra, výkonová vrstva a základná vrstva sú už spojené. Vzhľadom na požiadavky symetrie sa všeobecne prijíma schéma 1.

Doska 6

Po dokončení analýzy laminovanej štruktúry 4-vrstvovej dosky sa v nasledujúcom texte používa príklad kombinácie 6-vrstvovej dosky na ilustráciu usporiadania a kombinácie 6-vrstvovej dosky a preferovaného spôsobu.

(1) Siganl_1 (hore), GND (Vnútorné_1), Siganl_2 (Vnútorné_2), Siganl_3 (Vnútorné_3), napájanie (Vnútorné_4), Siganl_4 (dole).

Riešenie 1 používa 4 signálové vrstvy a 2 interné napájacie/uzemňovacie vrstvy s viacerými signálovými vrstvami, čo prispieva k práci zapojenia medzi komponentmi, ale nedostatky tohto riešenia sú tiež zreteľnejšie, ktoré sa prejavujú v nasledujúcich dvoch aspektoch:

① Napájacia rovina a základná rovina sú ďaleko od seba a nie sú dostatočne prepojené.

② Signálová vrstva Siganl_2 (Inner_2) a Siganl_3 (Inner_3) sú priamo susediace, takže izolácia signálu nie je dobrá a ľahko dochádza k presluchom.

(2) Siganl_1 (Hor), Siganl_2 (Vnútorný_1), POWER (Vnútorný_2), GND (Vnútorný_3), Siganl_3 (Vnútorný_4), Siganl_4 (Dol).

Schéma 2 V porovnaní so schémou 1 sú výkonová vrstva a základná rovina plne prepojené, čo má určité výhody oproti schéme 1, ale

Signálne vrstvy Siganl_1 (horná časť) a Siganl_2 (vnútorná_1) a Siganl_3 (vnútorná_4) a Siganl_4 (dolná časť) spolu priamo susedia. Izolácia signálu nie je dobrá a problém presluchu nie je vyriešený.

(3) Siganl_1 (hore), GND (Vnútorné_1), Siganl_2 (Vnútorné_2), POWER (Vnútorné_3), GND (Vnútorné_4), Siganl_3 (Dolné).

V porovnaní so schémou 1 a schémou 2 má schéma 3 o jednu signálnu vrstvu menej a o jednu vnútornú elektrickú vrstvu viac. Hoci sú vrstvy dostupné pre zapojenie znížené, táto schéma rieši bežné chyby schémy 1 a schémy 2.

① Napájacia rovina a základná rovina sú pevne spojené.

② Každá signálová vrstva priamo susedí s vnútornou elektrickou vrstvou a je účinne izolovaná od ostatných signálových vrstiev a nie je ľahké vyskytnúť presluchy.

③ Siganl_2 (Inner_2) susedí s dvoma vnútornými elektrickými vrstvami GND (Inner_1) a POWER (Inner_3), ktoré možno použiť na prenos vysokorýchlostných signálov. Dve vnútorné elektrické vrstvy môžu účinne tieniť rušenie od vonkajšieho sveta k vrstve Siganl_2 (Inner_2) a rušenie od Siganl_2 (Inner_2) k vonkajšiemu svetu.

Vo všetkých aspektoch je schéma 3 zjavne najoptimalizovanejšia. Súčasne je schéma 3 tiež bežne používanou laminovanou štruktúrou pre 6-vrstvové dosky. Na základe analýzy vyššie uvedených dvoch príkladov sa domnievam, že čitateľ má určité pochopenie pre kaskádovú štruktúru, ale v niektorých prípadoch určitá schéma nemôže spĺňať všetky požiadavky, čo si vyžaduje zohľadnenie priority rôznych princípov návrhu. Bohužiaľ, vzhľadom na skutočnosť, že návrh vrstvy dosky plošných spojov úzko súvisí s charakteristikami skutočného obvodu, výkon proti rušeniu a zameranie dizajnu rôznych obvodov sú odlišné, takže v skutočnosti tieto princípy nemajú žiadnu určenú prioritu. Isté však je, že pri návrhu je potrebné najskôr splniť princíp návrhu 2 (vnútorná výkonová vrstva a základná vrstva by mali byť pevne spojené) a ak je potrebné v obvode prenášať vysokorýchlostné signály, potom princíp návrhu 3 (vysokorýchlostná vrstva prenosu signálu v obvode) Mala by to byť medzivrstva signálu a vložená medzi dve vnútorné elektrické vrstvy).

Doska 10

Typický 10-vrstvový dizajn dosky plošných spojov

Všeobecná postupnosť zapojenia je TOP – GND – signálová vrstva – výkonová vrstva – GND – signálová vrstva – výkonová vrstva – signálová vrstva – GND – DOLNÁ

Samotné poradie zapojenia nie je nevyhnutne pevne dané, existujú však určité normy a princípy, ktoré ho obmedzujú: Napríklad susedné vrstvy hornej vrstvy a spodnej vrstvy používajú GND na zabezpečenie EMC charakteristík jednej dosky; napríklad každá signálová vrstva výhodne používa vrstvu GND ako referenčnú rovinu; napájací zdroj použitý v celej jednej doske je prednostne položený na celý kus medi; náchylný, vysokorýchlostný a radšej ísť pozdĺž vnútornej vrstvy skoku atď.