Пре пројектовања вишеслојна ПЦБ плоче, дизајнер прво треба да одреди структуру штампане плоче која се користи у складу са скалом кола, величином плоче и захтевима за електромагнетну компатибилност (ЕМЦ), односно да одлучи да ли ће користити 4 слоја, 6 слојева или Више слојева штампаних плоча . Након што одредите број слојева, одредите где да поставите унутрашње електричне слојеве и како да дистрибуирате различите сигнале на овим слојевима. Ово је избор вишеслојне ПЦБ структуре.

Ламинирана структура је важан фактор који утиче на ЕМЦ перформансе ПЦБ плоча, а такође је важно средство за сузбијање електромагнетних сметњи. Овај чланак уводи релевантан садржај структуре вишеслојне ПЦБ плоче.

Након одређивања броја слојева снаге, земље и сигнала, њихов релативни распоред је тема коју сваки ПЦБ инжењер не може да избегне;

Општи принцип распореда слојева:

1. Да би се одредила ламинирана структура вишеслојне ПЦБ плоче, потребно је узети у обзир више фактора. Из перспективе ожичења, што је више слојева, то је боље ожичење, али ће се повећати и цена и потешкоћа у производњи плоча. За произвођаче, да ли је ламинирана структура симетрична или не је фокус на који треба обратити пажњу када се производе ПЦБ плоче, тако да избор броја слојева треба узети у обзир потребе свих аспеката како би се постигао најбољи баланс. За искусне дизајнере, након завршетка претходног распореда компоненти, они ће се фокусирати на анализу уског грла ожичења ПЦБ-а. Комбинујте са другим ЕДА алатима за анализу густине ожичења на плочи; затим синтетизују број и типове сигналних линија са посебним захтевима за ожичење, као што су диференцијалне линије, осетљиве сигналне линије, итд., да би се одредио број слојева сигнала; затим према врсти напајања, изолацији и против сметњи Захтеви за одређивање броја унутрашњих електричних слојева. На овај начин се у основи одређује број слојева целе плоче.

2. Дно површине компоненте (други слој) је уземљена раван, која обезбеђује заштитни слој уређаја и референтну раван за горње ожичење; осетљиви слој сигнала треба да буде у близини унутрашњег електричног слоја (унутрашњи слој напајања/уземљења), користећи велики унутрашњи електрични слој Бакарни филм да обезбеди заштиту за сигнални слој. Слој за пренос сигнала велике брзине у колу треба да буде међуслој сигнала и у сендвичу између два унутрашња електрична слоја. На овај начин, бакарни филм два унутрашња електрична слоја може обезбедити електромагнетну заштиту за пренос сигнала велике брзине, а истовремено може ефикасно ограничити зрачење сигнала велике брзине између два унутрашња електрична слоја без изазивања спољашње сметње.

3. Сви слојеви сигнала су што је могуће ближе равни земље;

4. Покушајте да избегнете два слоја сигнала који су директно један до другог; лако је увести преслушавање између суседних слојева сигнала, што доводи до отказивања функције кола. Додавање земаљске равни између два слоја сигнала може ефикасно избећи преслушавање.

5. Главни извор напајања је што је могуће ближе њему;

6. Узмите у обзир симетрију ламиниране структуре.

7. За слојевити распоред матичне плоче, постојеће матичне плоче тешко могу да контролишу паралелно ожичење на даљину. За радну фреквенцију на нивоу плоче изнад 50МХЗ (погледајте ситуацију испод 50МХЗ, молимо вас да се опустите на одговарајући начин), препоручује се да уредите принцип:

Површина компоненте и површина заваривања су потпуна уземљена раван (штит); Нема суседних паралелних слојева ожичења; Сви сигнални слојеви су што је могуће ближе равни уземљења;

Кључни сигнал је у близини земље и не прелази преко преграде.

Напомена: Приликом постављања специфичних слојева ПЦБ-а, горњи принципи треба да се флексибилно савладају. На основу разумевања горенаведених принципа, у складу са стварним захтевима једне плоче, као што су: да ли је потребан слој кључног ожичења, напајање, подела земаљске равни, итд., Одредите распоред слојева и не т само га тупо копирајте или га држите.

8. Вишеструки уземљени унутрашњи електрични слојеви могу ефикасно смањити импедансу уземљења. На пример, слој сигнала А и слој сигнала Б користе одвојене уземљене равни, које могу ефикасно смањити сметње заједничког мода.

Уобичајена слојевита структура: 4-слојна плоча

У наставку се користи пример 4-слојне плоче да би се илустровало како оптимизовати распоред и комбинацију различитих ламинираних структура.

За најчешће коришћене 4-слојне плоче, постоје следеће методе слагања (од врха до дна).

(1) Сиганл_1 (горњи), ГНД (унутрашњи_1), ПОВЕР (унутрашњи_2), Сиганл_2 (доњи).

(2) Сиганл_1 (врх), ПОВЕР (унутрашњи_1), ГНД (унутрашњи_2), Сиганл_2 (доњи).

(3) ПОВЕР (Врх), Сиганл_1 (Унутрашњи_1), ГНД (Унутрашњи_2), Сиганл_2 (Доњи).

Очигледно, Опцији 3 недостаје ефективна спрега између слоја снаге и слоја земље и не би требало да се усвоји.

Како онда изабрати опције 1 и 2?

У нормалним околностима, дизајнери ће изабрати опцију 1 као структуру 4-слојне плоче. Разлог за избор није тај што се опција 2 не може усвојити, већ што општа штампана плоча поставља компоненте само на горњи слој, па је прикладније усвојити опцију 1.

Али када компоненте треба да буду постављене и на горњи и на доњи слој, а дебљина диелектрика између унутрашњег слоја снаге и слоја земље је велика и спој је лош, потребно је размотрити који слој има мање сигналних линија. За опцију 1, има мање сигналних линија на доњем слоју, а бакарни филм велике површине може се користити за спајање са ПОВЕР слојем; напротив, ако су компоненте углавном распоређене на доњем слоју, за израду плоче треба користити опцију 2.

Ако се усвоји ламинирана структура, енергетски слој и слој земље су већ спојени. С обзиром на захтеве симетрије, схема 1 је генерално усвојена.

6-слојна плоча

Након завршетка анализе ламиниране структуре 4-слојне плоче, у наставку се користи пример комбинације 6-слојних плоча да би се илустровао распоред и комбинација 6-слојне плоче и пожељне методе.

(1) Сиганл_1 (Врх), ГНД (Унутрашњи_1), Сиганл_2 (Унутрашњи_2), Сиганл_3 (Унутрашњи_3), снага (Унутрашњи_4), Сиганл_4 (Доњи).

Решење 1 користи 4 сигнална слоја и 2 интерна слоја напајања/уземљења, са више слојева сигнала, што погодује раду ожичења између компоненти, али су и недостаци овог решења очигледнији, који се манифестују у следећа два аспекта:

① Рана напајања и земља уземљења су удаљени један од другог и нису довољно повезани.

② Слој сигнала Сиганл_2 (Унутрашњи_2) и Сиганл_3 (Унутрашњи_3) су директно суседни, тако да изолација сигнала није добра и лако долази до преслушавања.

(2) Сиганл_1 (Врх), Сиганл_2 (Унутрашњи_1), ПОВЕР (Унутрашњи_2), ГНД (Унутрашњи_3), Сиганл_3 (Унутрашњи_4), Сиганл_4 (Доњи).

Шема 2 У поређењу са шемом 1, слој снаге и уземљена равнина су потпуно спрегнути, што има одређене предности у односу на шему 1, али

Сиганл_1 (врх) и Сиганл_2 (унутрашњи_1) и Сиганл_3 (унутрашњи_4) и Сиганл_4 (доњи) слојеви сигнала су директно суседни један другом. Изолација сигнала није добра, а проблем преслушавања није решен.

(3) Сиганл_1 (Врх), ГНД (Унутрашњи_1), Сиганл_2 (Унутрашњи_2), ПОВЕР (Унутрашњи_3), ГНД (Унутрашњи_4), Сиганл_3 (Доњи).

У поређењу са шемом 1 и шемом 2, шема 3 има један сигнални слој мање и један унутрашњи електрични слој више. Иако су слојеви доступни за ожичење смањени, ова шема решава уобичајене недостатке шеме 1 и шеме 2.

① Рана напајања и уземљена равнина су чврсто повезани.

② Сваки слој сигнала је директно у близини унутрашњег електричног слоја и ефективно је изолован од других слојева сигнала, тако да није лако доћи до преслушавања.

③ Сиганл_2 (Иннер_2) је у близини два унутрашња електрична слоја ГНД (Иннер_1) и ПОВЕР (Иннер_3), који се могу користити за пренос сигнала велике брзине. Два унутрашња електрична слоја могу ефикасно заштитити сметње из спољашњег света у слој Сиганл_2 (Унутрашњи_2) и сметње од Сиганл_2 (Иннер_2) према спољашњем свету.

У свим аспектима, шема 3 је очигледно најоптимизованија. Истовремено, шема 3 је такође уобичајена ламинирана структура за 6-слојне плоче. Анализом горња два примера, верујем да читалац има извесно разумевање каскадне структуре, али у неким случајевима одређена шема не може да испуни све захтеве, што захтева разматрање приоритета различитих принципа пројектовања. Нажалост, због чињенице да је дизајн слоја плоче уско повезан са карактеристикама стварног кола, перформансе против сметњи и фокус дизајна различитих кола су различити, тако да у ствари ови принципи немају одређени приоритет за референцу. Али оно што је сигурно је да принцип дизајна 2 (унутрашњи слој напајања и слој земље треба да буду чврсто повезани) мора да се испуни прво у дизајну, а ако треба да се преносе сигнали велике брзине у колу, онда принцип дизајна 3 (слој за пренос сигнала велике брзине у колу) Требало би да буде средњи слој сигнала и у сендвичу између два унутрашња електрична слоја) мора бити задовољен.

10-слојна плоча

ПЦБ типичан дизајн 10-слојне плоче

Општи редослед ожичења је ГОР–ГНД—сигнални слој—напојни слој—ГНД—сигнални слој—напојни слој—сигнални слој—ГНД—БОТТОМ

Сама секвенца ожичења није нужно фиксирана, али постоје неки стандарди и принципи који то ограничавају: На пример, суседни слојеви горњег и доњег слоја користе ГНД да би осигурали ЕМЦ карактеристике једне плоче; на пример, сваки слој сигнала пожељно користи ГНД слој као референтну раван; напајање које се користи у целој једној плочи пожељно је положено на цео комад бакра; подложни, брзи и радије иду дуж унутрашњег слоја скока, итд.