Κατά το σχεδιασμό PCB, ένα από τα πιο βασικά ερωτήματα που πρέπει να λάβετε υπόψη είναι να εφαρμόσετε τις απαιτήσεις των λειτουργιών του κυκλώματος για το πόσο χρειάζεται ένα στρώμα καλωδίωσης, το επίπεδο γείωσης και το επίπεδο ισχύος, και το στρώμα καλωδίωσης της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος, το επίπεδο γείωσης και την ισχύ επίπεδος προσδιορισμός του αριθμού των στρωμάτων και της λειτουργίας κυκλώματος, ακεραιότητα σήματος, EMI, EMC, κόστος κατασκευής και άλλες απαιτήσεις.

Για τα περισσότερα σχέδια, υπάρχουν πολλές αντικρουόμενες απαιτήσεις σχετικά με τις απαιτήσεις απόδοσης PCB, το κόστος-στόχο, την τεχνολογία κατασκευής και την πολυπλοκότητα του συστήματος. Ο πολυστρωματικός σχεδιασμός του PCB είναι συνήθως μια συμβιβαστική απόφαση αφού ληφθούν υπόψη διάφοροι παράγοντες. Τα ψηφιακά κυκλώματα υψηλής ταχύτητας και τα κυκλώματα με μουστάκια σχεδιάζονται συνήθως με πλακέτες πολλαπλών στρώσεων.

Ακολουθούν οκτώ αρχές για τη σχεδίαση με καταρράκτη:

1. Dελασματοποίηση

Σε ένα πολυστρωματικό PCB, υπάρχουν συνήθως στρώμα σήματος (S), επίπεδο τροφοδοσίας (P) και επίπεδο γείωσης (GND). Το επίπεδο ισχύος και το επίπεδο GROUND είναι συνήθως μη τμηματοποιημένα συμπαγή επίπεδα που παρέχουν μια καλή διαδρομή επιστροφής ρεύματος χαμηλής σύνθετης αντίστασης για το ρεύμα γειτονικών γραμμών σήματος.

Τα περισσότερα από τα στρώματα σήματος βρίσκονται μεταξύ αυτών των πηγών ισχύος ή των επιπέδων αναφοράς του εδάφους, σχηματίζοντας συμμετρικές ή ασύμμετρες λωρίδες. Το επάνω και το κάτω στρώμα ενός πολυστρωματικού PCB χρησιμοποιούνται συνήθως για την τοποθέτηση εξαρτημάτων και μικρής ποσότητας καλωδίωσης. Η καλωδίωση αυτών των σημάτων δεν πρέπει να είναι πολύ μεγάλη για να μειωθεί η άμεση ακτινοβολία που προκαλείται από την καλωδίωση.

2. Προσδιορίστε το ενιαίο επίπεδο αναφοράς ισχύος

Η χρήση πυκνωτών αποσύνδεσης είναι ένα σημαντικό μέτρο για την επίλυση της ακεραιότητας του τροφοδοτικού. Οι πυκνωτές αποσύνδεσης μπορούν να τοποθετηθούν μόνο στο επάνω και στο κάτω μέρος του PCB. Η δρομολόγηση του πυκνωτή αποσύνδεσης, του μαξιλαριού συγκόλλησης και του περάσματος οπών θα επηρεάσει σοβαρά την επίδραση του πυκνωτή αποσύνδεσης, κάτι που απαιτεί ο σχεδιασμός να λαμβάνει υπόψη ότι η δρομολόγηση του πυκνωτή αποσύνδεσης πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο σύντομη και φαρδιά και το καλώδιο που συνδέεται με την οπή πρέπει να είναι επίσης όσο το δυνατόν πιο σύντομη. Για παράδειγμα, σε ένα ψηφιακό κύκλωμα υψηλής ταχύτητας, είναι δυνατό να τοποθετήσετε τον πυκνωτή αποσύνδεσης στο επάνω στρώμα του PCB, να αντιστοιχίσετε το στρώμα 2 στο ψηφιακό κύκλωμα υψηλής ταχύτητας (όπως ο επεξεργαστής) ως στρώμα ισχύος, στρώμα 3 ως στρώμα σήματος και στρώμα 4 ως γείωση ψηφιακού κυκλώματος υψηλής ταχύτητας.

Επιπλέον, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί ότι η δρομολόγηση σήματος που οδηγείται από την ίδια ψηφιακή συσκευή υψηλής ταχύτητας λαμβάνει το ίδιο επίπεδο ισχύος με το επίπεδο αναφοράς και αυτό το επίπεδο ισχύος είναι το επίπεδο τροφοδοσίας της ψηφιακής συσκευής υψηλής ταχύτητας.

3. Προσδιορίστε το επίπεδο αναφοράς πολλαπλών δυνάμεων

Το επίπεδο αναφοράς πολλαπλής ισχύος θα χωριστεί σε πολλές συμπαγείς περιοχές με διαφορετικές τάσεις. Εάν το επίπεδο σήματος είναι δίπλα στο στρώμα πολλαπλής ισχύος, το ρεύμα σήματος στο κοντινό στρώμα σήματος θα συναντήσει μια μη ικανοποιητική διαδρομή επιστροφής, η οποία θα οδηγήσει σε κενά στη διαδρομή επιστροφής.

Για ψηφιακά σήματα υψηλής ταχύτητας, αυτός ο παράλογος σχεδιασμός διαδρομής επιστροφής μπορεί να προκαλέσει σοβαρά προβλήματα, επομένως απαιτείται η καλωδίωση ψηφιακού σήματος υψηλής ταχύτητας να βρίσκεται μακριά από το επίπεδο αναφοράς πολλαπλών ισχύος.

4.Προσδιορίστε πολλαπλά επίπεδα αναφοράς εδάφους

 Πολλαπλά επίπεδα αναφοράς γείωσης (επίπεδα γείωσης) μπορούν να παρέχουν μια καλή διαδρομή επιστροφής ρεύματος χαμηλής σύνθετης αντίστασης, η οποία μπορεί να μειώσει το EMl κοινής λειτουργίας. Το επίπεδο γείωσης και το επίπεδο ισχύος πρέπει να είναι στενά συνδεδεμένα και το στρώμα σήματος πρέπει να είναι στενά συνδεδεμένο με το διπλανό επίπεδο αναφοράς. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με τη μείωση του πάχους του μέσου μεταξύ των στρωμάτων.

5. Σχεδιάστε τον συνδυασμό καλωδίωσης λογικά

Τα δύο στρώματα που εκτείνονται από μια διαδρομή σήματος ονομάζονται "συνδυασμός καλωδίωσης". Ο καλύτερος συνδυασμός καλωδίωσης έχει σχεδιαστεί για να αποφεύγει το ρεύμα επιστροφής που ρέει από το ένα επίπεδο αναφοράς στο άλλο, αλλά αντ' αυτού ρέει από ένα σημείο (όψη) ενός επιπέδου αναφοράς στο άλλο. Προκειμένου να ολοκληρωθεί η σύνθετη καλωδίωση, η ενδιάμεση μετατροπή της καλωδίωσης είναι αναπόφευκτη. Όταν το σήμα μετατρέπεται μεταξύ των στρωμάτων, το ρεύμα επιστροφής θα πρέπει να διασφαλίζεται ότι ρέει ομαλά από το ένα επίπεδο αναφοράς στο άλλο. Σε ένα σχέδιο, είναι λογικό να θεωρούνται γειτονικά στρώματα ως συνδυασμός καλωδίωσης.

Εάν μια διαδρομή σήματος χρειάζεται να εκτείνεται σε πολλά επίπεδα, συνήθως δεν είναι λογικό να χρησιμοποιείται ως συνδυασμός καλωδίωσης, επειδή μια διαδρομή μέσω πολλαπλών στρωμάτων δεν είναι αποσπασματική για ρεύματα επιστροφής. Αν και το ελατήριο μπορεί να μειωθεί τοποθετώντας έναν πυκνωτή αποσύνδεσης κοντά στην διαμπερή οπή ή μειώνοντας το πάχος του μέσου μεταξύ των επιπέδων αναφοράς, δεν είναι καλό σχέδιο.

6.Ρύθμιση κατεύθυνσης καλωδίωσης

Όταν η κατεύθυνση καλωδίωσης έχει ρυθμιστεί στο ίδιο στρώμα σήματος, θα πρέπει να διασφαλίζεται ότι οι περισσότερες κατευθύνσεις καλωδίωσης είναι συνεπείς και θα πρέπει να είναι ορθογώνιες με τις κατευθύνσεις καλωδίωσης γειτονικών στρωμάτων σήματος. Για παράδειγμα, η κατεύθυνση καλωδίωσης ενός στρώματος σήματος μπορεί να ρυθμιστεί στην κατεύθυνση "άξονας Υ" και η κατεύθυνση καλωδίωσης ενός άλλου διπλανού στρώματος σήματος μπορεί να ρυθμιστεί στην κατεύθυνση "άξονας Χ".

7. Ασημείωσε τη δομή του ομοιόμορφου στρώματος 

Μπορεί να βρεθεί από τη σχεδιασμένη πλαστικοποίηση PCB ότι ο κλασικός σχεδιασμός πλαστικοποίησης είναι σχεδόν όλα τα ζυγά στρώματα, και όχι τα περίεργα στρώματα, αυτό το φαινόμενο προκαλείται από διάφορους παράγοντες.

Από τη διαδικασία κατασκευής της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος, μπορούμε να γνωρίζουμε ότι όλο το αγώγιμο στρώμα στην πλακέτα κυκλώματος αποθηκεύεται στο στρώμα πυρήνα, το υλικό του στρώματος πυρήνα είναι γενικά πλακέτα επένδυσης διπλής όψης, όταν η πλήρης χρήση του στρώματος πυρήνα , το αγώγιμο στρώμα της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος είναι ομοιόμορφο

Ακόμη και οι πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων στρώσης έχουν πλεονεκτήματα κόστους. Λόγω της απουσίας ενός στρώματος μέσων και επένδυσης χαλκού, το κόστος των περιττών στρωμάτων πρώτων υλών PCB είναι ελαφρώς χαμηλότερο από το κόστος των ζυγών στρωμάτων PCB. Ωστόσο, το κόστος επεξεργασίας του PCB στρώματος ODd είναι προφανώς υψηλότερο από αυτό του PCB ομοιόμορφης στρώσης επειδή το PCB στρώματος ODd πρέπει να προσθέσει μια μη τυπική διαδικασία συγκόλλησης πολυστρωματικού στρώματος πυρήνα με βάση τη διαδικασία δομής του στρώματος πυρήνα. Σε σύγκριση με την κοινή δομή του στρώματος πυρήνα, η προσθήκη επένδυσης χαλκού έξω από τη δομή του στρώματος πυρήνα θα οδηγήσει σε χαμηλότερη απόδοση παραγωγής και μεγαλύτερο κύκλο παραγωγής. Πριν από την πλαστικοποίηση, το εξωτερικό στρώμα πυρήνα απαιτεί πρόσθετη επεξεργασία, η οποία αυξάνει τον κίνδυνο γρατσουνίσματος και κακής χάραξης του εξωτερικού στρώματος. Ο αυξημένος εξωτερικός χειρισμός θα αυξήσει σημαντικά το κόστος κατασκευής.

Όταν το εσωτερικό και το εξωτερικό στρώμα της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος ψύχονται μετά τη διαδικασία σύνδεσης κυκλώματος πολλαπλών στρώσεων, η διαφορετική τάση πλαστικοποίησης θα προκαλέσει διαφορετικούς βαθμούς κάμψης στην πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος. Και καθώς αυξάνεται το πάχος της πλακέτας, αυξάνεται ο κίνδυνος κάμψης μιας σύνθετης πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος με δύο διαφορετικές δομές. Οι πλακέτες κυκλωμάτων μονών επιπέδων κάμπτονται εύκολα, ενώ οι πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων ζυγού στρώματος μπορούν να αποφύγουν την κάμψη.

Εάν η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος έχει σχεδιαστεί με περιττό αριθμό επιπέδων ισχύος και ζυγό αριθμό στρωμάτων σήματος, μπορεί να υιοθετηθεί η μέθοδος προσθήκης στρωμάτων ισχύος. Μια άλλη απλή μέθοδος είναι να προσθέσετε ένα στρώμα γείωσης στη μέση της στοίβας χωρίς να αλλάξετε τις άλλες ρυθμίσεις. Δηλαδή, το PCB είναι καλωδιωμένο σε μονό αριθμό στρωμάτων και, στη συνέχεια, ένα στρώμα γείωσης αντιγράφεται στη μέση.

8.  Εξέταση κόστους

Όσον αφορά το κόστος κατασκευής, οι πλακέτες κυκλωμάτων πολλαπλών στρώσεων είναι σίγουρα πιο ακριβές από τις πλακέτες κυκλωμάτων μονής και διπλής στρώσης με την ίδια επιφάνεια PCB και όσο περισσότερα στρώματα, τόσο υψηλότερο είναι το κόστος. Ωστόσο, όταν εξετάζεται η υλοποίηση των λειτουργιών κυκλώματος και η σμίκρυνση της πλακέτας κυκλώματος, για να διασφαλιστεί η ακεραιότητα του σήματος, οι δείκτες EMl, EMC και άλλοι δείκτες απόδοσης, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται όσο το δυνατόν περισσότερο οι πλακέτες κυκλωμάτων πολλαπλών επιπέδων. Συνολικά, η διαφορά κόστους μεταξύ πλακών κυκλωμάτων πολλαπλών στρώσεων και πλακών κυκλωμάτων μονής και δύο επιπέδων δεν είναι πολύ υψηλότερη από την αναμενόμενη