Układ PCB

Konstrukcja laminowana opiera się głównie na dwóch zasadach:
1. Każda warstwa okablowania musi mieć sąsiadującą warstwę odniesienia (warstwę zasilania lub uziemienia);
2. Przylegająca główna warstwa mocy i warstwa uziemienia powinny być utrzymywane w minimalnej odległości, aby zapewnić większą pojemność sprzęgającą;

 

Poniżej przedstawiono przykładowe wyjaśnienie stosu od płyty dwuwarstwowej do płyty ośmiowarstwowej:
1. Układanie jednostronnej płytki PCB i dwustronnej płytki PCB
W przypadku płyt dwuwarstwowych, ze względu na małą liczbę warstw, nie ma już problemu laminowania. Kontrolę promieniowania EMI rozważa się głównie na podstawie okablowania i układu;

Kompatybilność elektromagnetyczna płyt jednowarstwowych i dwuwarstwowych staje się coraz bardziej widoczna. Główną przyczyną tego zjawiska jest zbyt duża powierzchnia pętli sygnałowej, co nie tylko powoduje wytwarzanie silnego promieniowania elektromagnetycznego, ale także sprawia, że ​​obwód jest wrażliwy na zakłócenia zewnętrzne. Aby poprawić kompatybilność elektromagnetyczną obwodu, najłatwiej jest zmniejszyć obszar pętli sygnału kluczowego.

Kluczowy sygnał: Z punktu widzenia kompatybilności elektromagnetycznej kluczowe sygnały odnoszą się głównie do sygnałów wytwarzających silne promieniowanie i sygnałów wrażliwych na świat zewnętrzny. Sygnały, które mogą generować silne promieniowanie, to na ogół sygnały okresowe, takie jak sygnały niskiego rzędu zegarów lub adresów. Sygnały wrażliwe na zakłócenia to sygnały analogowe o niższych poziomach.

Płytki jedno- i dwuwarstwowe są zwykle stosowane w konstrukcjach analogowych o niskiej częstotliwości poniżej 10 kHz:
1) Ścieżki mocy w tej samej warstwie są poprowadzone promieniowo, a całkowita długość linii jest zminimalizowana;

2) Prowadząc przewody zasilający i uziemiający powinny być blisko siebie; umieść przewód uziemiający z boku przewodu sygnałowego klucza, który powinien znajdować się jak najbliżej przewodu sygnałowego. W ten sposób powstaje mniejszy obszar pętli i zmniejsza się wrażliwość promieniowania trybu różnicowego na zakłócenia zewnętrzne. Po dodaniu przewodu uziemiającego obok przewodu sygnałowego powstaje pętla o najmniejszej powierzchni. Prąd sygnałowy z pewnością pobierze tę pętlę zamiast innych przewodów uziemiających.

3) Jeśli jest to płytka dwuwarstwowa, można położyć przewód uziemiający wzdłuż linii sygnałowej po drugiej stronie płytki, bezpośrednio pod linią sygnałową, przy czym pierwsza linia powinna być jak najszersza. Powstała w ten sposób powierzchnia pętli jest równa grubości płytki drukowanej pomnożonej przez długość linii sygnałowej.

 

Laminaty dwu i czterowarstwowe
1. SIG-GND(PWR)-PWR (GND)-SIG;
2. GND-SIG(PWR)-SIG(PWR)-GND;

W przypadku powyższych dwóch laminowanych projektów potencjalnym problemem jest tradycyjna grubość płyty 1,6 mm (62 mil). Odstępy między warstwami staną się bardzo duże, co jest nie tylko niekorzystne dla kontrolowania impedancji, sprzężenia międzywarstwowego i ekranowania; szczególnie duże odstępy między płaszczyznami uziemienia zasilania zmniejszają pojemność płytki i nie sprzyjają filtrowaniu szumów.

W przypadku pierwszego schematu stosuje się go zwykle w sytuacji, gdy na planszy znajduje się więcej żetonów. Ten rodzaj schematu może uzyskać lepszą wydajność SI, nie jest zbyt dobry dla wydajności EMI, wymaga głównie kontroli za pomocą okablowania i innych szczegółów. Główna uwaga: Warstwę uziemiającą umieszcza się na warstwie łączącej warstwy sygnałowej o najgęstszym sygnale, co korzystnie wpływa na pochłanianie i tłumienie promieniowania; zwiększ obszar planszy, aby odzwierciedlić zasadę 20H.

W przypadku drugiego rozwiązania stosuje się je zwykle tam, gdzie gęstość chipa na płycie jest wystarczająco mała, a wokół chipa jest wystarczająca powierzchnia (ułóż wymaganą warstwę miedzi zasilającej). W tym schemacie zewnętrzna warstwa płytki PCB to warstwa uziemienia, a dwie środkowe warstwy to warstwy sygnału/zasilania. Zasilanie w warstwie sygnałowej jest prowadzone szeroką linią, co może sprawić, że impedancja ścieżki prądu zasilania będzie niska, a impedancja ścieżki mikropaska sygnałowego jest również niska, a promieniowanie sygnału warstwy wewnętrznej może być również osłonięty warstwą zewnętrzną. Z punktu widzenia kontroli EMI jest to najlepsza dostępna na rynku 4-warstwowa struktura PCB.

Główna uwaga: Należy zwiększyć odległość pomiędzy dwiema środkowymi warstwami warstwy miksującej sygnał i moc, a kierunek okablowania powinien być pionowy, aby uniknąć przesłuchów; obszar planszy powinien być odpowiednio kontrolowany, aby odzwierciedlał zasadę 20H; jeśli chcesz kontrolować impedancję okablowania, powyższe rozwiązanie powinno bardzo ostrożnie poprowadzić przewody ułożone pod miedzianą wyspą w celu zasilania i uziemienia. Ponadto miedź w warstwie zasilania lub uziemienia powinna być jak najbardziej połączona ze sobą, aby zapewnić łączność prądu stałego i niskiej częstotliwości.

Laminat trzy, sześciowarstwowy
W przypadku projektów o większej gęstości chipów i wyższej częstotliwości taktowania należy rozważyć konstrukcję płytki 6-warstwowej i zaleca się metodę układania w stosy:

1. SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG;
W przypadku tego rodzaju schematu ten rodzaj laminowanego schematu może zapewnić lepszą integralność sygnału, warstwa sygnału przylega do warstwy uziemienia, warstwa mocy i warstwa uziemienia są sparowane, impedancja każdej warstwy okablowania może być lepiej kontrolowana, a dwa Warstwa może dobrze absorbować linie pola magnetycznego. A gdy zasilacz i warstwa uziemiająca są nienaruszone, może zapewnić lepszą ścieżkę zwrotną dla każdej warstwy sygnału.

2. GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND;
W przypadku tego rodzaju schematu ten rodzaj schematu nadaje się tylko w sytuacji, gdy gęstość urządzenia nie jest zbyt duża, ten rodzaj laminowania ma wszystkie zalety laminowania górnego, a płaszczyzna podłoża górnej i dolnej warstwy jest stosunkowo kompletna, którą można wykorzystać jako lepszą warstwę ekranującą. Należy zwrócić uwagę, aby warstwa mocy znajdowała się blisko warstwy niebędącej powierzchnią głównego elementu składowego, gdyż dolna płaszczyzna będzie pełniejsza. Dlatego wydajność EMI jest lepsza niż w pierwszym rozwiązaniu.

Podsumowanie: W przypadku układu sześciowarstwowego należy zminimalizować odległość pomiędzy warstwą mocy a warstwą masy, aby uzyskać dobre sprzężenie mocy i masy. Jednakże, chociaż grubość płytki wynosi 62 mil, a odstępy między warstwami są zmniejszone, nie jest łatwo kontrolować bardzo mały odstęp pomiędzy głównym zasilaczem a warstwą uziemiającą. Porównując pierwszy schemat z drugim schematem, koszt drugiego schematu znacznie wzrośnie. Dlatego podczas układania w stosy zwykle wybieramy pierwszą opcję. Projektując należy kierować się zasadą 20H oraz zasadą projektowania warstwy lustrzanej.

 

Laminaty cztero- i ośmiowarstwowe
1. Nie jest to dobra metoda łączenia ze względu na słabą absorpcję elektromagnetyczną i dużą impedancję zasilania. Jego struktura jest następująca:
1. Powierzchnia komponentu sygnału 1, warstwa okablowania mikropaskowego
2. Wewnętrzna warstwa okablowania mikropaskowego sygnału 2, lepsza warstwa okablowania (kierunek X)
3.Uziemienie
4. Warstwa routingu linii paskowej sygnału 3, lepsza warstwa routingu (kierunek Y)
5. Warstwa routingu linii paskowej sygnału 4
6.Moc
7. Wewnętrzna warstwa okablowania mikropaskowego Signal 5
8. Warstwa śladowa mikropasków sygnałowych 6

2. Jest to wariant trzeciego sposobu układania. Dzięki dodaniu warstwy odniesienia ma lepszą wydajność EMI, a impedancja charakterystyczna każdej warstwy sygnału może być dobrze kontrolowana
1. Powierzchnia komponentu sygnału 1, warstwa okablowania mikropaskowego, dobra warstwa okablowania
2. Warstwa gruntowa, dobra zdolność pochłaniania fal elektromagnetycznych
3. Warstwa routingu linii paskowej sygnału 2, dobra warstwa routingu
4. Warstwa mocy mocy, tworząca doskonałą absorpcję elektromagnetyczną z warstwą uziemiającą poniżej 5. Warstwa uziemiająca
6. Warstwa routingu linii paskowej sygnału 3, dobra warstwa routingu
7. Warstwa mocy z dużą impedancją zasilania
8. Warstwa okablowania mikropaskowego sygnału 4, dobra warstwa okablowania

3. Najlepsza metoda układania, dzięki zastosowaniu wielu płaszczyzn odniesienia podłoża, ma bardzo dobrą zdolność absorpcji geomagnetycznej.
1. Powierzchnia komponentu sygnału 1, warstwa okablowania mikropaskowego, dobra warstwa okablowania
2. Warstwa gruntowa, dobra zdolność pochłaniania fal elektromagnetycznych
3. Warstwa routingu linii paskowej sygnału 2, dobra warstwa routingu
4.Warstwa mocy mocy, tworząca doskonałą absorpcję elektromagnetyczną z warstwą uziemiającą poniżej. 5.Warstwa uziemienia
6. Warstwa routingu linii paskowej sygnału 3, dobra warstwa routingu
7. Warstwa gruntowa, dobra zdolność pochłaniania fal elektromagnetycznych
8. Warstwa okablowania mikropaskowego sygnału 4, dobra warstwa okablowania

To, ile warstw płytek zostanie użytych w projekcie i jak je ułożyć, zależy od wielu czynników, takich jak liczba sieci sygnałowych na płycie, gęstość urządzeń, gęstość PIN, częstotliwość sygnału, rozmiar płytki i tak dalej. W przypadku tych czynników musimy kompleksowo rozważyć. W przypadku sieci o większej liczbie sygnałów, im większa gęstość urządzenia, tym większa gęstość PIN i wyższa częstotliwość sygnału, należy w miarę możliwości zastosować wielowarstwową konstrukcję płytki. Aby uzyskać dobrą wydajność EMI, najlepiej jest upewnić się, że każda warstwa sygnału ma własną warstwę odniesienia.