Перед проектуванням багатошарова друкована плата платі, проектувальнику необхідно спочатку визначити структуру друкованої плати, яка використовується відповідно до масштабу схем, розміру плати та вимог до електромагнітної сумісності (EMC), тобто вирішити, чи використовувати 4 шари, 6 шарів чи більше шарів друкованих плат. . Визначивши кількість шарів, визначте, де розмістити внутрішні електричні шари та як розподілити різні сигнали на цих шарах. Це вибір багатошарової структури стека друкованих плат.

Ламінована структура є важливим фактором, який впливає на характеристики ЕМС плат друкованих плат, а також є важливим засобом придушення електромагнітних перешкод. У цій статті представлено відповідний зміст структури стека багатошарової плати друкованої плати.

Після визначення кількості шарів живлення, землі та сигналу їх відносне розташування є темою, якої не може уникнути кожен інженер з друкованих плат;

Загальний принцип розташування шарів:

1. Щоб визначити ламіновану структуру багатошарової плати друкованої плати, необхідно враховувати більше факторів. З точки зору електропроводки, чим більше шарів, тим краще проводка, але вартість і складність виготовлення плати також зростуть. Для виробників при виготовленні друкованих плат необхідно звернути увагу на те, чи є ламінована структура симетричною чи ні, тому при виборі кількості шарів необхідно враховувати потреби всіх аспектів для досягнення найкращого балансу. Для досвідчених дизайнерів, після завершення попередньої компоновки компонентів, вони зосередяться на аналізі вузького місця проводки друкованої плати. Поєднуйте з іншими інструментами EDA для аналізу щільності підключення друкованої плати; потім синтезувати кількість і типи сигнальних ліній зі спеціальними вимогами до проводки, такими як диференціальні лінії, чутливі сигнальні лінії тощо, щоб визначити кількість сигнальних шарів; потім відповідно до типу джерела живлення, ізоляції та захисту від перешкод Вимоги до визначення кількості внутрішніх електричних шарів. Таким чином, в основному визначається кількість шарів всієї плати.

2. Нижня частина поверхні компонента (другий шар) є площиною заземлення, яка забезпечує екран екранування пристрою та опорну площину для верхньої проводки; чутливий сигнальний шар повинен прилягати до внутрішнього електричного шару (внутрішній шар живлення/земля), використовуючи великий внутрішній електричний шар мідну плівку для забезпечення екранування сигнального шару. Шар високошвидкісної передачі сигналу в ланцюзі повинен бути проміжним рівнем сигналу і затиснутим між двома внутрішніми електричними шарами. Таким чином, мідна плівка двох внутрішніх електричних шарів може забезпечити електромагнітне екранування для високошвидкісної передачі сигналу, і в той же час вона може ефективно обмежити випромінювання високошвидкісного сигналу між двома внутрішніми електричними шарами, не викликаючи зовнішнє втручання.

3. Усі сигнальні шари максимально наближені до площини землі;

4. Намагайтеся уникати двох сигнальних шарів, безпосередньо прилеглих один до одного; легко ввести перехресні перешкоди між сусідніми сигнальними шарами, що призведе до збою функції схеми. Додавання заземлення між двома рівнями сигналу може ефективно уникнути перехресних перешкод.

5. Основне джерело живлення знаходиться якомога ближче до нього відповідно;

6. Враховуйте симетричність ламінованої конструкції.

7. Існуючим материнським платам складно керувати паралельними міжміськими проводками для шарового розташування материнської плати. Для робочої частоти на рівні плати вище 50 МГц (зверніться до ситуації нижче 50 МГц, будь ласка, розслабтеся належним чином), рекомендується розташувати такий принцип:

Поверхня компонента та поверхня зварювання є цілісною площиною заземлення (екраном); Немає сусідніх паралельних шарів проводки; Усі сигнальні шари розташовані якомога ближче до площини заземлення;

Сигнал ключа прилягає до землі і не перетинає перегородку.

Примітка: при налаштуванні конкретних шарів друкованої плати слід гнучко опанувати вищезгадані принципи. Виходячи з розуміння вищезазначених принципів, відповідно до фактичних вимог однієї плати, наприклад: чи потрібен ключовий шар проводки, джерело живлення, поділ площини землі тощо, визначте розташування шарів і не т просто скопіюйте його прямо або тримайтеся за нього.

8. Кілька заземлених внутрішніх електричних шарів можуть ефективно зменшити опір заземлення. Наприклад, рівень сигналу A і рівень сигналу B використовують окремі площини заземлення, що може ефективно зменшити синфазні перешкоди.

Зазвичай використовується багатошарова структура: 4-шарова дошка

Нижче наведено приклад 4-шарової плити, щоб проілюструвати, як оптимізувати розташування та комбінацію різних ламінованих структур.

Для широко використовуваних 4-шарових плит існують наступні способи укладання (зверху вниз).

(1) Siganl_1 (Вгорі), GND (Внутрішній_1), POWER (Внутрішній_2), Siganl_2 (Внизу).

(2) Siganl_1 (Вгорі), POWER (Внутрішній_1), GND (Внутрішній_2), Siganl_2 (Внизу).

(3) POWER (Вгорі), Siganl_1 (Внутрішній_1), GND (Внутрішній_2), Siganl_2 (Внизу).

Очевидно, що варіант 3 не має ефективного зв’язку між шаром живлення та шаром землі, і його не слід застосовувати.

Тоді як вибрати варіанти 1 і 2?

За звичайних обставин дизайнери виберуть варіант 1 як структуру 4-шарової плати. Причина вибору полягає не в тому, що варіант 2 не може бути прийнятий, а в тому, що загальна плата друкованої плати розміщує компоненти лише на верхньому шарі, тому доцільніше прийняти варіант 1.

Але коли компоненти потрібно розмістити як на верхньому, так і на нижньому шарах, а товщина діелектрика між внутрішнім шаром живлення та шаром землі велика, а зв’язок погана, необхідно враховувати, який шар має менше сигнальних ліній. Для варіанту 1 на нижньому шарі менше сигнальних ліній, і мідна плівка великої площі може використовуватися для з’єднання з шаром POWER; навпаки, якщо компоненти в основному розташовані на нижньому шарі, для виготовлення дошки слід використовувати варіант 2.

Якщо прийнято багатошарову конструкцію, силовий шар і шар грунту вже з’єднані. Враховуючи вимоги симетрії, загалом прийнято схему 1.

6-шарова дошка

Після завершення аналізу ламінованої структури 4-шарової плити нижче використовується приклад комбінації 6-шарової плити, щоб проілюструвати розташування та комбінацію 6-шарової плити та бажаний метод.

(1) Siganl_1 (Верх), GND (Внутрішній_1), Siganl_2 (Внутрішній_2), Siganl_3 (Внутрішній_3), потужність (Внутрішній_4), Siganl_4 (Внизу).

Рішення 1 використовує 4 сигнальні шари та 2 внутрішні шари живлення/землі, з більшою кількістю сигнальних шарів, що сприяє роботі між компонентами, але недоліки цього рішення також є більш очевидними, які проявляються в наступних двох аспектах:

① Лінійка живлення і заземлення розташовані далеко один від одного, і вони недостатньо з’єднані.

② Сигнальний рівень Siganl_2 (Внутрішній_2) і Siganl_3 (Внутрішній_3) знаходяться безпосередньо поруч, тому ізоляція сигналу погана, і легко виникнути перехресні перешкоди.

(2) Siganl_1 (Верх), Siganl_2 (Внутрішній_1), POWER (Внутрішній_2), GND (Внутрішній_3), Siganl_3 (Внутрішній_4), Siganl_4 (Внизу).

Схема 2 У порівнянні зі схемою 1, шар живлення і заземляюча площина повністю пов’язані, що має певні переваги порівняно зі схемою 1, але

Сигнальні шари Siganl_1 (Верхній) і Siganl_2 (Внутрішній_1) і Siganl_3 (Внутрішній_4) і Siganl_4 (Нижній) безпосередньо примикають один до одного. Ізоляція сигналу погана, і проблема перехресних перешкод не вирішена.

(3) Siganl_1 (Верх), GND (Внутрішній_1), Siganl_2 (Внутрішній_2), POWER (Внутрішній_3), GND (Внутрішній_4), Siganl_3 (Внизу).

Порівняно зі схемою 1 і схемою 2, схема 3 має на один сигнальний шар менше і на один внутрішній електричний шар більше. Хоча шари, доступні для підключення, зменшені, ця схема вирішує загальні дефекти Схеми 1 і Схеми 2.

① Лінійка живлення і заземлення щільно з’єднані.

② Кожен сигнальний шар безпосередньо примикає до внутрішнього електричного шару і ефективно ізольований від інших сигнальних шарів, тому перехресні перешкоди виникнути нелегко.

③ Siganl_2 (Inner_2) примикає до двох внутрішніх електричних шарів GND (Inner_1) і POWER (Inner_3), які можна використовувати для передачі високошвидкісних сигналів. Два внутрішні електричні шари можуть ефективно захистити перешкоди від зовнішнього світу до шару Siganl_2 (Внутрішній_2) і перешкоди від Siganl_2 (Inner_2) до зовнішнього світу.

У всіх аспектах схема 3, очевидно, є найбільш оптимізованою. У той же час схема 3 також є широко використовуваною ламінованою структурою для 6-шарових плит. Завдяки аналізу двох вищенаведених прикладів я вважаю, що читач має певне розуміння каскадної структури, але в деяких випадках певна схема не може відповідати всім вимогам, що вимагає врахування пріоритетності різних принципів проектування. На жаль, у зв’язку з тим, що дизайн шару друкованої плати тісно пов’язаний з характеристиками фактичної схеми, характеристики захисту від перешкод і фокус дизайну різних схем відрізняються, тому насправді ці принципи не мають визначеного пріоритету для довідки. Але безсумнівним є те, що принцип розробки 2 (внутрішній шар живлення і шар заземлення повинні бути щільно з’єднані) повинен бути виконаний спочатку в проектуванні, і якщо високошвидкісні сигнали повинні передаватися в схемі, то принцип проектування 3 (Шар високошвидкісної передачі сигналу в ланцюзі) Він повинен бути проміжним шаром сигналу і затиснутим між двома внутрішніми електричними шарами) повинні бути задоволені.

10-шарова дошка

Типова 10-шарова друкована плата

Загальна послідовність підключення: TOP-GND-сигнальний рівень-силовий рівень-GND-сигнальний рівень-силовий рівень-сигнальний рівень-GND-BOTTOM

Сама послідовність підключення не обов’язково є фіксованою, але існують деякі стандарти та принципи, які обмежують її: Наприклад, сусідні шари верхнього та нижнього шарів використовують GND для забезпечення характеристик ЕМС однієї плати; наприклад, кожен рівень сигналу переважно використовує рівень GND як опорну площину; блок живлення, що використовується у всій єдиній платі, переважно прокладається на цілий шматок міді; сприйнятливий, швидкісний і воліє йти вздовж внутрішнього шару стрибка і т.д.