Při navrhování desek plošných spojů je jednou z nejzákladnějších otázek, kterou je třeba zvážit, implementovat požadavky na funkce obvodu, které potřebují, jak moc je potřeba vrstva vodičů, zemní plocha a napájecí plocha a vrstva vodičů desky s plošnými spoji, zemní plocha a výkon. rovinné určení počtu vrstev a funkce obvodu, integrity signálu, EMI, EMC, výrobních nákladů a dalších požadavků.

U většiny návrhů existuje mnoho protichůdných požadavků na výkon PCB, cílové náklady, výrobní technologii a složitost systému. Laminovaný design DPS je obvykle kompromisním rozhodnutím po zvážení různých faktorů. Vysokorychlostní digitální obvody a whiskerové obvody jsou obvykle navrženy s vícevrstvými deskami.

Zde je osm principů kaskádového designu:

1. Delaminace

Ve vícevrstvé desce plošných spojů se obvykle nachází signálová vrstva (S), rovina napájení (P) a rovina zemnění (GND). Výkonová rovina a zemnící rovina jsou obvykle nesegmentované pevné roviny, které poskytují dobrou nízkoimpedanční zpětnou dráhu proudu pro proud sousedních signálových vedení.

Většina signálových vrstev je umístěna mezi těmito napájecími zdroji nebo vrstvami zemské referenční roviny a tvoří symetrické nebo asymetrické pruhované čáry. Horní a spodní vrstva vícevrstvé desky plošných spojů se obvykle používá k umístění součástek a malého množství kabeláže. Zapojení těchto signálů by nemělo být příliš dlouhé, aby se snížilo přímé vyzařování způsobené zapojením.

2. Určete referenční rovinu jednoho výkonu

Použití oddělovacích kondenzátorů je důležitým opatřením k vyřešení integrity napájecího zdroje. Oddělovací kondenzátory lze umístit pouze na horní a spodní stranu desky plošných spojů. Směrování oddělovacího kondenzátoru, pájecí podložky a průchodu otvorem vážně ovlivní účinek oddělovacího kondenzátoru, což vyžaduje, aby návrh zvážil, že vedení oddělovacího kondenzátoru by mělo být co nejkratší a nejširší a vodič připojený k otvoru by měl být také co nejkratší. Například ve vysokorychlostním digitálním obvodu je možné umístit oddělovací kondenzátor na horní vrstvu PCB, přiřadit vrstvu 2 k vysokorychlostnímu digitálnímu obvodu (jako je procesor) jako výkonovou vrstvu, vrstvu 3 jako signálová vrstva a vrstva 4 jako zem vysokorychlostního digitálního obvodu.

Kromě toho je nutné zajistit, aby směrování signálu řízené stejným vysokorychlostním digitálním zařízením mělo stejnou výkonovou vrstvu jako referenční rovina a tato výkonová vrstva je napájecí vrstvou vysokorychlostního digitálního zařízení.

3. Určete vícevýkonovou referenční rovinu

Vícevýkonová referenční rovina bude rozdělena do několika pevných oblastí s různým napětím. Pokud signálová vrstva sousedí s vícevýkonovou vrstvou, signálový proud na blízké signálové vrstvě narazí na neuspokojivou zpětnou cestu, což povede k mezerám ve zpětné cestě.

U vysokorychlostních digitálních signálů může tento nepřiměřený návrh zpětné cesty způsobit vážné problémy, takže je vyžadováno, aby kabeláž vysokorychlostního digitálního signálu byla mimo vícevýkonovou referenční rovinu.

4.Určete několik základních referenčních rovin

 Vícenásobné zemní referenční roviny (uzemňovací roviny) mohou poskytnout dobrou nízkoimpedanční proudovou zpětnou cestu, která může snížit EMl v běžném režimu. Zemní plocha a napájecí rovina by měly být pevně spojeny a signálová vrstva by měla být pevně spojena se sousední referenční rovinou. Toho lze dosáhnout snížením tloušťky média mezi vrstvami.

5. Navrhněte kombinaci kabeláže rozumně

Dvě vrstvy propojené signálovou cestou se nazývají „kombinace vodičů“. Nejlepší kombinace vodičů je navržena tak, aby se zabránilo proudění zpětného proudu z jedné referenční roviny do druhé, ale místo toho proudí z jednoho bodu (čela) jedné referenční roviny do druhého. Pro dokončení složité elektroinstalace je nevyhnutelná mezivrstvová konverze elektroinstalace. Při převodu signálu mezi vrstvami by mělo být zajištěno, že zpětný proud bude plynule proudit z jedné referenční roviny do druhé. V návrhu je rozumné uvažovat sousední vrstvy jako kombinaci vodičů.

Pokud signálová cesta potřebuje překlenout více vrstev, obvykle není rozumné ji použít jako kombinaci vodičů, protože cesta přes více vrstev není pro zpětné proudy nejednotná. Ačkoli lze pružinu snížit umístěním oddělovacího kondenzátoru blízko průchozího otvoru nebo zmenšením tloušťky média mezi referenčními rovinami, není to dobrý návrh.

6.Nastavení směru vedení

Když je směr vedení nastaven na stejné signálové vrstvě, mělo by zajistit, že většina směrů vedení je konzistentní a měla by být ortogonální ke směrům vedení sousedních signálových vrstev. Například směr zapojení jedné signálové vrstvy lze nastavit na směr „osa Y“ a směr zapojení další sousední signálové vrstvy lze nastavit na směr „osa X“.

7. Adotoval strukturu sudé vrstvy 

Z navržené laminace DPS lze zjistit, že klasický design laminace jsou téměř všechny sudé vrstvy, spíše než liché vrstvy, tento jev je způsoben řadou faktorů.

Z výrobního procesu desky s plošnými spoji můžeme vědět, že veškerá vodivá vrstva v desce s plošnými spoji je uložena na jádrové vrstvě, materiál jádrové vrstvy je obecně oboustranná obkladová deska, kdy je plně využita jádrová vrstva , vodivá vrstva desky s plošnými spoji je rovnoměrná

Desky s plošnými spoji s rovnoměrnými vrstvami mají cenové výhody. Kvůli absenci vrstvy média a měděného pláště jsou náklady na liché vrstvy surovin PCB o něco nižší než náklady na sudé vrstvy PCB. Náklady na zpracování PCB s ODd vrstvou jsou však zjevně vyšší než náklady na PCB se sudou vrstvou, protože PCB s ODd vrstvou potřebuje přidat nestandardní proces spojování laminované jádrové vrstvy na základě procesu struktury jádrové vrstvy. Ve srovnání s běžnou strukturou jádrové vrstvy povede přidání měděného pláště mimo strukturu jádrové vrstvy k nižší efektivitě výroby a delšímu výrobnímu cyklu. Před laminováním vyžaduje vnější vrstva jádra dodatečné zpracování, což zvyšuje riziko poškrábání a špatného spojení vnější vrstvy. Zvýšená vnější manipulace výrazně zvýší výrobní náklady.

Když se vnitřní a vnější vrstva desky s plošnými spoji ochladí po procesu vícevrstvého spojování obvodů, různé napětí laminace způsobí různé stupně ohybu na desce s plošnými spoji. A s rostoucí tloušťkou desky roste riziko ohnutí kompozitní desky plošných spojů se dvěma různými strukturami. Desky plošných spojů s lichou vrstvou lze snadno ohýbat, zatímco desky plošných spojů se sudými vrstvami se mohou ohýbání vyhnout.

Pokud je deska s plošnými spoji navržena s lichým počtem výkonových vrstev a sudým počtem signálových vrstev, lze použít metodu přidávání výkonových vrstev. Další jednoduchou metodou je přidání zemnící vrstvy doprostřed stohu beze změny ostatních nastavení. To znamená, že PCB je zapojeno v lichém počtu vrstev a uprostřed je duplikována zemnící vrstva.

8.  Zvážení nákladů

Z hlediska výrobních nákladů jsou vícevrstvé desky plošných spojů rozhodně dražší než jedno a dvouvrstvé desky plošných spojů se stejnou plochou PCB a čím více vrstev, tím vyšší náklady. Při zvažování realizace obvodových funkcí a miniaturizace obvodových desek by však pro zajištění integrity signálu, EMl, EMC a dalších výkonnostních ukazatelů měly být použity pokud možno vícevrstvé obvodové desky. Celkově není rozdíl v nákladech mezi vícevrstvými obvodovými deskami a jednovrstvými a dvouvrstvými obvodovými deskami o mnoho vyšší, než se očekávalo