Impilamento PCB

Il design laminato segue principalmente due regole:
1. Ciascuno strato di cablaggio deve avere uno strato di riferimento adiacente (strato di potenza o di terra);
2. Lo strato di alimentazione principale adiacente e lo strato di terra devono essere mantenuti a una distanza minima per fornire una maggiore capacità di accoppiamento;

 

Di seguito è elencato lo stack dal pannello a due strati al pannello a otto strati per una spiegazione di esempio:
1. Impilamento di schede PCB a lato singolo e schede PCB a due lati
Per i pannelli a due strati, grazie al numero ridotto di strati, non esiste più il problema della laminazione. Il controllo delle radiazioni EMI viene considerato principalmente dal cablaggio e dal layout;

La compatibilità elettromagnetica dei pannelli a strato singolo e a doppio strato è diventata sempre più importante. La ragione principale di questo fenomeno è che l'area del circuito del segnale è troppo grande, il che non solo produce forti radiazioni elettromagnetiche, ma rende anche il circuito sensibile alle interferenze esterne. Per migliorare la compatibilità elettromagnetica del circuito, il modo più semplice è ridurre l'area del loop del segnale chiave.

Segnale chiave: dal punto di vista della compatibilità elettromagnetica, i segnali chiave si riferiscono principalmente a segnali che producono forti radiazioni e segnali sensibili al mondo esterno. I segnali che possono generare forti radiazioni sono generalmente segnali periodici, come segnali di ordine basso di orologi o indirizzi. I segnali sensibili alle interferenze sono segnali analogici con livelli inferiori.

Le schede a singolo e doppio strato vengono solitamente utilizzate in progetti analogici a bassa frequenza inferiori a 10 KHz:
1) Le tracce di potenza sullo stesso strato vengono instradate radialmente e la lunghezza totale delle linee è ridotta al minimo;

2) Quando si passano i cavi di alimentazione e di terra, questi devono essere vicini l'uno all'altro; posizionare un filo di terra sul lato del filo del segnale della chiave e questo filo di terra dovrebbe essere il più vicino possibile al filo del segnale. In questo modo si forma un'area del circuito più piccola e si riduce la sensibilità della radiazione in modo differenziale alle interferenze esterne. Quando si aggiunge un filo di terra accanto al filo di segnale, si forma un anello con l'area più piccola. La corrente del segnale prenderà sicuramente questo circuito anziché altri cavi di terra.

3) Se si tratta di un circuito stampato a doppio strato, è possibile posizionare un filo di terra lungo la linea del segnale sull'altro lato del circuito, immediatamente sotto la linea del segnale, e la prima linea dovrebbe essere il più larga possibile. L'area del loop così formata è pari allo spessore del circuito moltiplicato per la lunghezza della linea del segnale.

 

Laminati a due e quattro strati
1. SIG-GND(PWR)-PWR (GND)-SIG;
2. GND-SIG(PWR)-SIG(PWR)-GND;

Per i due modelli laminati sopra indicati, il potenziale problema riguarda lo spessore tradizionale del pannello da 1,6 mm (62 mil). La spaziatura degli strati diventerà molto ampia, il che non solo è sfavorevole per il controllo dell'impedenza, dell'accoppiamento tra gli strati e della schermatura; in particolare, l'ampia spaziatura tra i piani di massa della potenza riduce la capacità della scheda e non favorisce il filtraggio del rumore.

Il primo schema viene solitamente applicato alla situazione in cui ci sono più fiches sul tabellone. Questo tipo di schema può ottenere prestazioni SI migliori, non è molto buono per le prestazioni EMI, deve essere controllato principalmente tramite cablaggio e altri dettagli. Attenzione principale: lo strato di terra è posizionato sullo strato di collegamento dello strato di segnale con il segnale più denso, il che è utile per assorbire e sopprimere le radiazioni; aumentare l'area del tabellone per riflettere la regola delle 20H.

Per la seconda soluzione, viene solitamente utilizzata quando la densità del chip sulla scheda è sufficientemente bassa e c'è abbastanza area attorno al chip (posizionare lo strato di rame di potenza richiesto). In questo schema, lo strato esterno del PCB è lo strato di massa, mentre i due strati centrali sono gli strati di segnale/potenza. L'alimentazione sullo strato del segnale viene instradata con una linea larga, che può rendere bassa l'impedenza del percorso della corrente di alimentazione, e anche l'impedenza del percorso della microstriscia del segnale è bassa, e anche la radiazione del segnale dello strato interno può essere schermato dallo strato esterno. Dal punto di vista del controllo EMI, questa è la migliore struttura PCB a 4 strati disponibile.

Attenzione principale: la distanza tra i due strati centrali del segnale e gli strati di miscelazione della potenza deve essere ampliata e la direzione del cablaggio deve essere verticale per evitare diafonia; l'area del tabellone dovrebbe essere adeguatamente controllata per riflettere la regola delle 20H; se si desidera controllare l'impedenza del cablaggio, con la soluzione di cui sopra occorre prestare molta attenzione a instradare i cavi predisposti sotto l'isola di rame per l'alimentazione e la messa a terra. Inoltre, il rame sull'alimentatore o sullo strato di terra dovrebbe essere interconnesso il più possibile per garantire la connettività CC e a bassa frequenza.

Laminato a tre, sei strati
Per progetti con densità di chip e frequenza di clock più elevate, è necessario prendere in considerazione un design della scheda a 6 strati e si consiglia il metodo di impilamento:

1. SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG;
Per questo tipo di schema, questo tipo di schema laminato può ottenere una migliore integrità del segnale, lo strato di segnale è adiacente allo strato di terra, lo strato di potenza e lo strato di terra sono accoppiati, l'impedenza di ciascuno strato di cablaggio può essere controllata meglio e due Lo strato può assorbire bene le linee del campo magnetico. E quando l'alimentatore e lo strato di terra sono intatti, possono fornire un percorso di ritorno migliore per ciascuno strato di segnale.

2. GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND;
Per questo tipo di schema, questo tipo di schema è adatto solo nel caso in cui la densità del dispositivo non sia molto elevata, questo tipo di laminazione presenta tutti i vantaggi della laminazione superiore e il piano di massa degli strati superiore e inferiore è relativamente completo, che può essere utilizzato come strato schermante migliore Da utilizzare. Va notato che lo strato di potenza dovrebbe essere vicino allo strato che non è la superficie del componente principale, perché il piano inferiore sarà più completo. Pertanto, le prestazioni EMI sono migliori rispetto alla prima soluzione.

Riepilogo: Per lo schema del pannello a sei strati, la distanza tra lo strato di potenza e lo strato di terra dovrebbe essere ridotta al minimo per ottenere un buon accoppiamento di potenza e di terra. Tuttavia, sebbene lo spessore della scheda sia di 62 mil e la spaziatura tra gli strati sia ridotta, non è facile controllare la spaziatura molto piccola tra l'alimentatore principale e lo strato di terra. Confrontando il primo schema con il secondo, il costo del secondo schema aumenterà notevolmente. Pertanto, di solito scegliamo la prima opzione quando si impilano. Durante la progettazione, seguire la regola delle 20H e la progettazione della regola del livello speculare.

 

Laminati a quattro e otto strati
1. Questo non è un buon metodo di impilamento a causa dello scarso assorbimento elettromagnetico e della grande impedenza di alimentazione. La sua struttura è la seguente:
1. Superficie del componente segnale 1, strato di cablaggio a microstriscia
2. Strato di cablaggio interno a microstriscia del segnale 2, strato di cablaggio migliore (direzione X)
3.Terra
4. Livello di routing stripline del segnale 3, livello di routing migliore (direzione Y)
5. Strato di routing stripline del segnale 4
6.Potenza
7. Strato di cablaggio interno a microstriscia del segnale 5
8. Strato di tracce di microstriscia di segnale 6

2. È una variante del terzo metodo di impilamento. Grazie all'aggiunta dello strato di riferimento, offre prestazioni EMI migliori e l'impedenza caratteristica di ciascuno strato di segnale può essere ben controllata
1.Segnale 1 superficie del componente, strato di cablaggio a microstriscia, buon strato di cablaggio
2. Strato terrestre, buona capacità di assorbimento delle onde elettromagnetiche
3. Livello di routing stripline del segnale 2, buon livello di routing
4. Strato di potenza, che forma un eccellente assorbimento elettromagnetico con lo strato di terra sottostante 5. Strato di terra
6. Strato di routing stripline del segnale 3, buon livello di routing
7. Strato di potenza, con grande impedenza di alimentazione
8. Strato di cablaggio a microstriscia del segnale 4, buon strato di cablaggio

3. Il miglior metodo di impilamento, grazie all'uso di più piani di riferimento al suolo, ha un'ottima capacità di assorbimento geomagnetico.
1.Segnale 1 superficie del componente, strato di cablaggio a microstriscia, buon strato di cablaggio
2. Strato terrestre, buona capacità di assorbimento delle onde elettromagnetiche
3. Livello di routing stripline del segnale 2, buon livello di routing
4. Strato di potenza, che forma un eccellente assorbimento elettromagnetico con lo strato di terra sottostante 5. Strato di terra
6. Strato di routing stripline del segnale 3, buon livello di routing
7. Strato terrestre, buona capacità di assorbimento delle onde elettromagnetiche
8. Strato di cablaggio a microstriscia del segnale 4, buon strato di cablaggio

Come scegliere quanti strati di schede utilizzare nel progetto e come impilarli dipende da molti fattori come il numero di reti di segnale sulla scheda, la densità del dispositivo, la densità dei PIN, la frequenza del segnale, le dimensioni della scheda e così via. Per questi fattori, dobbiamo considerare in modo globale. Per quanto maggiore è il numero di reti di segnale, maggiore è la densità del dispositivo, maggiore è la densità dei PIN e maggiore è la frequenza del segnale, è necessario adottare il più possibile il design della scheda multistrato. Per ottenere buone prestazioni EMI, è meglio assicurarsi che ogni livello di segnale abbia il proprio livello di riferimento.