tasarlamadan önce çok katmanlı PCB Tasarımcının ilk olarak devre ölçeğine, devre kartı boyutuna ve elektromanyetik uyumluluk (EMC) gereksinimlerine göre kullanılan devre kartı yapısını belirlemesi, yani 4 katman, 6 katman veya daha fazla devre kartı katmanı kullanıp kullanmamaya karar vermesi gerekir. . Katman sayısını belirledikten sonra, dahili elektrik katmanlarının nereye yerleştirileceğini ve bu katmanlara farklı sinyallerin nasıl dağıtılacağını belirleyin. Bu, çok katmanlı PCB yığın yapısının seçimidir.

Lamine yapı, PCB kartlarının EMC performansını etkileyen önemli bir faktördür ve aynı zamanda elektromanyetik paraziti bastırmak için de önemli bir araçtır. Bu makale, çok katmanlı PCB kartı yığın yapısının ilgili içeriğini tanıtmaktadır.

Güç, toprak ve sinyal katmanlarının sayısını belirledikten sonra bunların göreli düzenlenmesi her PCB mühendisinin kaçınamayacağı bir konudur;

Katman düzenlemesinin genel prensibi:

1. Çok katmanlı bir PCB kartının lamine yapısını belirlemek için daha fazla faktörün dikkate alınması gerekir. Kablolama açısından bakıldığında, daha fazla katman, kablolama daha iyi, ancak pano imalatının maliyeti ve zorluğu da artacaktır. Üreticiler için, lamine yapının simetrik olup olmadığı, PCB panoları üretilirken dikkat edilmesi gereken odak noktasıdır, bu nedenle katman sayısı seçimi, en iyi dengeyi elde etmek için tüm yönlerin ihtiyaçlarını göz önünde bulundurmalıdır. Deneyimli tasarımcılar, bileşenlerin ön yerleşimini tamamladıktan sonra PCB kablolama darboğazının analizine odaklanacaklar. Devre kartının kablo yoğunluğunu analiz etmek için diğer EDA araçlarıyla birleştirin; daha sonra sinyal katmanlarının sayısını belirlemek için diferansiyel hatlar, hassas sinyal hatları vb. gibi özel kablolama gereksinimleri olan sinyal hatlarının sayısını ve türlerini sentezleyin; daha sonra güç kaynağı, izolasyon ve anti-parazit türüne göre Dahili elektrik katmanlarının sayısını belirleme gereksinimleri. Bu şekilde, tüm devre kartının katman sayısı temel olarak belirlenir.

2. Bileşen yüzeyinin alt kısmı (ikinci katman), cihaz ekranlama katmanını ve üst kablolama için referans düzlemini sağlayan toprak düzlemidir; hassas sinyal katmanı, sinyal katmanı için koruma sağlamak üzere büyük dahili elektrik katmanı Bakır film kullanılarak bir dahili elektrik katmanına (dahili güç/toprak katmanı) bitişik olmalıdır. Devredeki yüksek hızlı sinyal iletim katmanı, bir sinyal ara katmanı olmalı ve iki iç elektrik katmanı arasına sıkıştırılmalıdır. Bu şekilde, iki iç elektrik katmanının bakır filmi, yüksek hızlı sinyal iletimi için elektromanyetik koruma sağlayabilir ve aynı zamanda, iki iç elektrik katmanı arasındaki yüksek hızlı sinyalin radyasyonunu neden olmadan etkili bir şekilde sınırlayabilir. dış müdahale.

3. Tüm sinyal katmanları yer düzlemine mümkün olduğunca yakındır;

4. Doğrudan birbirine bitişik iki sinyal katmanından kaçınmaya çalışın; bitişik sinyal katmanları arasında karışma oluşturmak kolaydır, bu da devre işlevi hatasına neden olur. İki sinyal katmanı arasına bir yer düzlemi eklemek, karışmayı etkili bir şekilde önleyebilir.

5. Ana güç kaynağı, buna uygun olarak mümkün olduğunca yakındır;

6. Lamine yapının simetrisini dikkate alın.

7. Anakartın katman düzeni için, mevcut anakartların paralel uzun mesafe kablolamayı kontrol etmesi zordur. 50 MHZ’nin üzerindeki kart düzeyinde çalışma frekansı için (50 MHZ’nin altındaki duruma bakın, lütfen uygun şekilde rahatlayın), ilkenin düzenlenmesi önerilir:

Bileşen yüzeyi ve kaynak yüzeyi tam bir zemin düzlemidir (koruyucu);Bağış paralel kablolama katmanı yoktur;Tüm sinyal katmanları, zemin düzlemine mümkün olduğunca yakındır;

Anahtar sinyali zemine bitişiktir ve bölmeyi geçmez.

Not: Belirli PCB katmanlarını kurarken yukarıdaki ilkelere esnek bir şekilde hakim olunmalıdır. Yukarıdaki ilkelerin anlaşılmasına dayalı olarak, tek kartın gerçek gereksinimlerine göre, örneğin: bir anahtar kablolama katmanı, güç kaynağı, yer düzlemi bölümünün gerekli olup olmadığı vb., Katmanların düzenini belirleyin ve yapmayın. t sadece açıkça kopyalayın ya da tutun.

8. Çoklu topraklanmış dahili elektrik katmanları, toprak empedansını etkili bir şekilde azaltabilir. Örneğin, A sinyal katmanı ve B sinyal katmanı, ortak mod girişimini etkili bir şekilde azaltabilen ayrı zemin düzlemleri kullanır.

Yaygın olarak kullanılan katmanlı yapı: 4 katmanlı tahta

Aşağıda, çeşitli lamine yapıların düzeninin ve kombinasyonunun nasıl optimize edileceğini göstermek için 4 katmanlı bir levha örneği kullanılmaktadır.

Yaygın olarak kullanılan 4 katmanlı levhalar için aşağıdaki istifleme yöntemleri vardır (yukarıdan aşağıya).

(1) Siganl_1 (Üst), GND (İç_1), POWER (İç_2), Siganl_2 (Alt).

(2) Siganl_1 (Üst), POWER (İç_1), GND (İç_2), Siganl_2 (Alt).

(3) GÜÇ (Üst), Siganl_1 (İç_1), GND (İç_2), Siganl_2 (Alt).

Açıktır ki Seçenek 3, güç katmanı ile zemin katmanı arasında etkin bir bağlantıdan yoksundur ve benimsenmemelidir.

O zaman 1. ve 2. seçenekler nasıl seçilmelidir?

Normal şartlar altında, tasarımcılar 1 katmanlı panonun yapısı olarak 4. seçeneği seçeceklerdir. Seçimin nedeni, Seçenek 2’nin benimsenememesi değil, genel PCB kartının yalnızca bileşenleri üst katmana yerleştirmesidir, bu nedenle Seçenek 1’i benimsemek daha uygundur.

Ancak bileşenlerin hem üst hem de alt katmanlara yerleştirilmesi gerektiğinde ve dahili güç katmanı ile zemin katmanı arasındaki dielektrik kalınlık büyük ve bağlantı zayıf olduğunda, hangi katmanın daha az sinyal hattına sahip olduğunu düşünmek gerekir. Seçenek 1 için, alt katmanda daha az sinyal hattı vardır ve POWER katmanıyla birleştirmek için geniş alanlı bir bakır film kullanılabilir; aksine, bileşenler esas olarak alt katmanda düzenlenirse, tahta yapmak için Seçenek 2 kullanılmalıdır.

Lamine bir yapı benimsenirse, güç katmanı ve zemin katmanı zaten birleştirilmiştir. Simetri gereksinimleri göz önüne alındığında, şema 1 genellikle kabul edilir.

6 katmanlı tahta

4 katmanlı levhanın katmanlı yapısının analizini tamamladıktan sonra, aşağıda 6 katmanlı levhanın düzenini ve kombinasyonunu ve tercih edilen yöntemi göstermek için 6 katmanlı levha kombinasyonunun bir örneği kullanılmaktadır.

(1) Siganl_1 (Üst), GND (Inner_1), Siganl_2 (Inner_2), Siganl_3 (Inner_3), güç (Inner_4), Siganl_4 (Alt).

Çözüm 1, bileşenler arasındaki kablolama işine elverişli olan daha fazla sinyal katmanına sahip 4 sinyal katmanı ve 2 dahili güç/zemin katmanı kullanır, ancak bu çözümün kusurları da daha belirgindir ve aşağıdaki iki açıdan kendini gösterir:

① Güç düzlemi ve yer düzlemi birbirinden çok uzakta ve yeterince bağlı değiller.

② Sinyal katmanı Siganl_2 (Inner_2) ve Siganl_3 (Inner_3) doğrudan bitişiktir, bu nedenle sinyal izolasyonu iyi değildir ve karışma oluşması kolaydır.

(2) Siganl_1 (Üst), Siganl_2 (Inner_1), POWER (Inner_2), GND (Inner_3), Siganl_3 (Inner_4), Siganl_4 (Alt).

Şema 2 Şema 1 ile karşılaştırıldığında, güç katmanı ve yer düzlemi tamamen bağlanmıştır, bu da Şema 1’e göre belirli avantajlara sahiptir, ancak

Siganl_1 (Üst) ve Siganl_2 (Inner_1) ve Siganl_3 (Inner_4) ve Siganl_4 (Alt) sinyal katmanları doğrudan birbirine bitişiktir. Sinyal izolasyonu iyi değil ve karışma sorunu çözülmedi.

(3) Siganl_1 (Üst), GND (İç_1), Siganl_2 (İç_2), POWER (İç_3), GND (İç_4), Siganl_3 (Alt).

Şema 1 ve Şema 2 ile karşılaştırıldığında, Şema 3 bir daha az sinyal katmanına ve bir daha fazla dahili elektrik katmanına sahiptir. Kablolama için mevcut katmanlar azaltılmış olsa da, bu şema, Şema 1 ve Şema 2’deki ortak kusurları çözer.

① Güç düzlemi ve yer düzlemi sıkıca bağlanmıştır.

② Her sinyal katmanı doğrudan iç elektrik katmanına bitişiktir ve diğer sinyal katmanlarından etkin bir şekilde izole edilmiştir ve karışma oluşması kolay değildir.

③ Siganl_2 (Inner_2), yüksek hızlı sinyalleri iletmek için kullanılabilen GND (Inner_1) ve POWER (Inner_3) iki iç elektrik katmanına bitişiktir. İki iç elektrik katmanı, dış dünyadan Siganl_2 (Inner_2) katmanına olan girişimi ve Siganl_2’den (Inner_2) dış dünyaya olan girişimi etkili bir şekilde koruyabilir.

Tüm yönleriyle, şema 3 açıkça en optimize olanıdır. Aynı zamanda, şema 3, 6 katmanlı levhalar için yaygın olarak kullanılan bir lamine yapıdır. Yukarıdaki iki örneğin analizi yoluyla, okuyucunun basamaklı yapı hakkında belirli bir anlayışa sahip olduğuna inanıyorum, ancak bazı durumlarda belirli bir şema, çeşitli tasarım ilkelerinin önceliğinin dikkate alınmasını gerektiren tüm gereksinimleri karşılayamıyor. Ne yazık ki, devre kartı katman tasarımının gerçek devrenin özellikleriyle yakından ilişkili olması nedeniyle, farklı devrelerin parazit önleme performansı ve tasarım odağı farklıdır, bu nedenle aslında bu ilkelerin referans için belirlenmiş bir önceliği yoktur. Ancak kesin olan şu ki, tasarımda ilk önce tasarım ilkesi 2’nin (iç güç katmanı ve toprak katmanının sıkıca bağlanması gerekir) karşılanması gerekir ve devrede yüksek hızlı sinyallerin iletilmesi gerekiyorsa, tasarım ilkesi 3 (devrede yüksek hızlı sinyal iletim katmanı) Sinyal ara katmanı olmalı ve iki iç elektrik katmanı arasına sıkıştırılmalıdır) sağlanmalıdır.

10 katmanlı tahta

PCB tipik 10 katmanlı kart tasarımı

Genel kablolama sırası ÜST–GND—sinyal katmanı—güç katmanı—GND—sinyal katmanı—güç katmanı—sinyal katmanı—GND—ALT şeklindedir.

Kablolama sırasının kendisi sabit olmak zorunda değildir, ancak bunu kısıtlayacak bazı standartlar ve ilkeler vardır: Örneğin, üst katmanın ve alt katmanın bitişik katmanları, tek kartın EMC özelliklerini sağlamak için GND’yi kullanır; örneğin, her sinyal katmanı, tercihen bir referans Düzlemi olarak GND katmanını kullanır; tüm tek kartta kullanılan güç kaynağı tercihen bütün bir bakır parçasına döşenir; Duyarlı, yüksek hızlı ve atlamanın iç tabakası boyunca gitmeyi tercih eden vb.