Projektując PCB, jedną z najbardziej podstawowych kwestii do rozważenia jest spełnienie wymagań funkcji obwodu dotyczących warstwy okablowania, płaszczyzny uziemienia i płaszczyzny mocy oraz warstwy okablowania płytki drukowanej, płaszczyzny uziemienia i mocy płaskie określenie liczby warstw i funkcji obwodu, integralności sygnału, EMI, EMC, kosztów produkcji i innych wymagań.

W przypadku większości projektów istnieje wiele sprzecznych wymagań dotyczących wydajności PCB, docelowych kosztów, technologii produkcji i złożoności systemu. Laminowany projekt PCB jest zwykle decyzją kompromisową po rozważeniu różnych czynników. Szybkie obwody cyfrowe i obwody wąsowe są zwykle projektowane z płytkami wielowarstwowymi.

Oto osiem zasad projektowania kaskadowego:

1. Drozwarstwienie

Na wielowarstwowej płytce drukowanej zwykle znajduje się warstwa sygnałowa (S), płaszczyzna zasilania (P) i płaszczyzna uziemienia (GND). Płaszczyzna zasilania i płaszczyzna UZIEMIENIA są zwykle niesegmentowanymi płaszczyznami pełnymi, które zapewniają dobrą ścieżkę powrotną prądu o niskiej impedancji dla prądu sąsiednich linii sygnałowych.

Większość warstw sygnału znajduje się pomiędzy tymi źródłami zasilania lub warstwami płaszczyzny odniesienia uziemienia, tworząc symetryczne lub asymetryczne linie pasmowe. Górna i dolna warstwa wielowarstwowej płytki drukowanej są zwykle używane do umieszczania komponentów i niewielkiej ilości okablowania. Okablowanie tych sygnałów nie powinno być zbyt długie, aby zmniejszyć bezpośrednie promieniowanie powodowane przez okablowanie.

2. Wyznacz pojedynczą płaszczyznę odniesienia mocy

Zastosowanie kondensatorów odsprzęgających jest ważnym środkiem zapewniającym integralność zasilania. Kondensatory odsprzęgające można umieścić tylko na górze i na dole płytki drukowanej. Poprowadzenie kondensatora odsprzęgającego, pola lutowniczego i przepustu otworu będzie miało poważny wpływ na działanie kondensatora odsprzęgającego, co wymaga, aby w projekcie uwzględnić, że poprowadzenie kondensatora odsprzęgającego powinno być możliwie krótkie i szerokie, a przewód podłączony do otworu powinien być także możliwie najkrótsze. Na przykład w szybkim obwodzie cyfrowym możliwe jest umieszczenie kondensatora odsprzęgającego na górnej warstwie płytki PCB, przypisanie warstwy 2 do szybkiego obwodu cyfrowego (takiego jak procesor) jako warstwy mocy, warstwa 3 jako warstwa sygnału, a warstwa 4 jako masa szybkiego obwodu cyfrowego.

Ponadto konieczne jest zapewnienie, że trasowanie sygnału napędzanego przez to samo szybkie urządzenie cyfrowe wykorzystuje tę samą warstwę mocy co płaszczyzna odniesienia, a ta warstwa mocy jest warstwą zasilania szybkiego urządzenia cyfrowego.

3. Wyznacz płaszczyznę odniesienia wielu potęg

Płaszczyzna odniesienia wielu mocy zostanie podzielona na kilka stałych obszarów o różnych napięciach. Jeżeli warstwa sygnału sąsiaduje z warstwą wielozakresową, prąd sygnałowy w pobliskiej warstwie sygnału napotka niezadowalającą ścieżkę zwrotną, co doprowadzi do przerw w ścieżce zwrotnej.

W przypadku szybkich sygnałów cyfrowych ta nierozsądna konstrukcja ścieżki powrotnej może powodować poważne problemy, dlatego wymagane jest, aby okablowanie szybkiego sygnału cyfrowego znajdowało się z dala od płaszczyzny odniesienia wielu mocy.

4.Określ wiele płaszczyzn odniesienia podłoża

 Wiele płaszczyzn odniesienia uziemienia (płaszczyzny uziemienia) może zapewnić dobrą ścieżkę powrotną prądu o niskiej impedancji, co może zmniejszyć EM1 w trybie wspólnym. Płaszczyzna uziemienia i płaszczyzna zasilania powinny być ściśle powiązane, a warstwa sygnałowa powinna być ściśle połączona z sąsiednią płaszczyzną odniesienia. Można to osiągnąć poprzez zmniejszenie grubości ośrodka pomiędzy warstwami.

5. Zaprojektuj rozsądnie kombinację okablowania

Dwie warstwy połączone ścieżką sygnału nazywane są „kombinacją okablowania”. Najlepsza kombinacja okablowania ma na celu uniknięcie przepływu prądu powrotnego z jednej płaszczyzny odniesienia do drugiej, lecz zamiast tego przepływa z jednego punktu (powierzchni) jednej płaszczyzny odniesienia do drugiej. Aby ukończyć złożone okablowanie, nieunikniona jest konwersja międzywarstwowa okablowania. Kiedy sygnał jest konwertowany pomiędzy warstwami, należy zapewnić płynny przepływ prądu powrotnego z jednej płaszczyzny odniesienia do drugiej. W projekcie rozsądne jest uwzględnienie sąsiednich warstw jako kombinacji okablowania.

Jeśli ścieżka sygnału musi obejmować wiele warstw, zwykle nie jest rozsądnym rozwiązaniem użycie jej jako kombinacji okablowania, ponieważ ścieżka przez wiele warstw nie jest niejednolita dla prądów powrotnych. Chociaż sprężynę można zmniejszyć umieszczając kondensator odsprzęgający w pobliżu otworu przelotowego lub zmniejszając grubość ośrodka pomiędzy płaszczyznami odniesienia, nie jest to dobry projekt.

6.Ustawianie kierunku okablowania

Gdy kierunek okablowania jest ustawiony na tę samą warstwę sygnału, powinien zapewnić spójność większości kierunków okablowania i powinien być prostopadły do ​​kierunków okablowania sąsiednich warstw sygnału. Na przykład kierunek okablowania jednej warstwy sygnału można ustawić w kierunku „osi Y”, a kierunek okablowania innej sąsiedniej warstwy sygnału można ustawić w kierunku „osi X”.

7. Aprzyjął równą strukturę warstwową 

Z zaprojektowanej laminacji PCB można stwierdzić, że klasyczna konstrukcja laminacji składa się prawie wyłącznie z warstw parzystych, a nie nieparzystych. Zjawisko to jest spowodowane wieloma czynnikami.

Z procesu produkcyjnego płytki drukowanej wiemy, że cała warstwa przewodząca na płytce drukowanej jest oszczędzana na warstwie rdzenia, materiał warstwy rdzenia to zazwyczaj dwustronna płytka okładzinowa, gdy pełne wykorzystanie warstwy rdzenia , warstwa przewodząca płytki drukowanej jest równa

Nawet warstwowe płytki drukowane mają przewagę kosztową. Ze względu na brak warstwy medium i okładziny miedzianej, koszt nieparzystych warstw surowców PCB jest nieco niższy niż koszt parzystych warstw PCB. Jednak koszt przetwarzania PCB z warstwą ODd jest oczywiście wyższy niż w przypadku PCB z parzystą warstwą, ponieważ PCB z warstwą ODd musi dodać niestandardowy proces łączenia laminowanej warstwy rdzenia w oparciu o proces struktury warstwy rdzenia. W porównaniu ze zwykłą strukturą warstwy rdzenia, dodanie okładziny miedzianej poza strukturę warstwy rdzenia doprowadzi do niższej wydajności produkcji i dłuższego cyklu produkcyjnego. Zewnętrzna warstwa rdzenia przed laminowaniem wymaga dodatkowej obróbki, co zwiększa ryzyko zarysowania i nieprawidłowego układania warstwy zewnętrznej. Zwiększona obsługa zewnętrzna znacznie zwiększy koszty produkcji.

Kiedy wewnętrzna i zewnętrzna warstwa płytki drukowanej zostaną schłodzone po procesie wielowarstwowego łączenia obwodów, różne napięcie laminowania spowoduje różne stopnie zgięcia płytki drukowanej. Wraz ze wzrostem grubości płytki wzrasta ryzyko zagięcia kompozytowej płytki drukowanej o dwóch różnych strukturach. Płytki drukowane z nieparzystą warstwą są łatwe do zginania, podczas gdy płytki drukowane z parzystą warstwą pozwalają uniknąć zginania.

Jeżeli płytka drukowana została zaprojektowana z nieparzystą liczbą warstw mocy i parzystą liczbą warstw sygnału, można zastosować metodę dodawania warstw mocy. Inną prostą metodą jest dodanie warstwy uziemiającej na środku stosu bez zmiany pozostałych ustawień. Oznacza to, że płytka drukowana jest okablowana w nieparzystej liczbie warstw, a następnie warstwa uziemiająca jest powielana na środku.

8.  Uwzględnienie kosztów

Pod względem kosztów produkcji wielowarstwowe płytki drukowane są zdecydowanie droższe niż jedno- i dwuwarstwowe płytki drukowane o tej samej powierzchni PCB, a im więcej warstw, tym wyższy koszt. Jednakże, rozważając realizację funkcji obwodów i miniaturyzację płytek drukowanych, aby zapewnić integralność sygnału, EMI, EMC i inne wskaźniki wydajności, należy w miarę możliwości stosować płytki wielowarstwowe. Ogólnie rzecz biorąc, różnica w kosztach między wielowarstwowymi płytkami drukowanymi a jednowarstwowymi i dwuwarstwowymi płytkami drukowanymi nie jest dużo wyższa niż oczekiwano