Pri navrhovaní PCB je jednou z najzákladnejších otázok, ktoré treba zvážiť, implementovať požiadavky na funkcie obvodu, koľko je potrebná vrstva vodiča, uzemňovacia rovina a napájacia rovina a vrstva zapojenia dosky plošných spojov, uzemňovacia rovina a výkon. rovinné určenie počtu vrstiev a funkcie obvodu, integrity signálu, EMI, EMC, výrobných nákladov a iných požiadaviek.

Pre väčšinu návrhov existuje veľa protichodných požiadaviek na výkon PCB, cieľové náklady, výrobnú technológiu a zložitosť systému. Laminovaný dizajn PCB je zvyčajne kompromisným rozhodnutím po zvážení rôznych faktorov. Vysokorýchlostné digitálne obvody a fúzové obvody sú zvyčajne navrhnuté s viacvrstvovými doskami.

Tu je osem princípov kaskádového dizajnu:

1. Delaminácia

Vo viacvrstvovej doske plošných spojov sa zvyčajne nachádza signálová vrstva (S), rovina napájania (P) a rovina uzemnenia (GND). Výkonová rovina a UZEMŇovacia rovina sú zvyčajne nesegmentované plné roviny, ktoré poskytujú dobrú nízkoimpedančnú spätnú dráhu prúdu pre prúd susediacich signálových vedení.

Väčšina signálových vrstiev je umiestnená medzi týmito zdrojmi energie alebo vrstvami pozemnej referenčnej roviny, pričom tvoria symetrické alebo asymetrické páskované čiary. Horná a spodná vrstva viacvrstvovej dosky plošných spojov sa zvyčajne používa na umiestnenie komponentov a malého množstva kabeláže. Zapojenie týchto signálov by nemalo byť príliš dlhé, aby sa znížilo priame vyžarovanie spôsobené zapojením.

2. Určte referenčnú rovinu jedného výkonu

Použitie oddeľovacích kondenzátorov je dôležitým opatrením na vyriešenie integrity napájania. Oddeľovacie kondenzátory môžu byť umiestnené iba v hornej a dolnej časti dosky plošných spojov. Smerovanie oddeľovacieho kondenzátora, spájkovacej podložky a priechodu otvorov vážne ovplyvní účinok oddeľovacieho kondenzátora, čo si vyžaduje, aby sa pri návrhu zohľadnilo, že smerovanie oddeľovacieho kondenzátora by malo byť čo najkratšie a najširšie a vodič pripojený k otvoru by mal byť tiež čo najkratšie. Napríklad vo vysokorýchlostnom digitálnom obvode je možné umiestniť oddeľovací kondenzátor na vrchnú vrstvu PCB, priradiť vrstvu 2 k vysokorýchlostnému digitálnemu obvodu (ako je procesor) ako výkonovú vrstvu, vrstvu 3 ako signálová vrstva a vrstva 4 ako zem vysokorýchlostného digitálneho obvodu.

Okrem toho je potrebné zabezpečiť, aby smerovanie signálu riadené rovnakým vysokorýchlostným digitálnym zariadením malo rovnakú výkonovú vrstvu ako referenčná rovina a táto výkonová vrstva je napájacou vrstvou vysokorýchlostného digitálneho zariadenia.

3. Určite viacvýkonovú referenčnú rovinu

Viacvýkonová referenčná rovina bude rozdelená na niekoľko pevných oblastí s rôznym napätím. Ak signálová vrstva susedí s viacvýkonovou vrstvou, signálový prúd na blízkej signálovej vrstve narazí na neuspokojivú spätnú cestu, čo povedie k medzerám v spätnej dráhe.

V prípade vysokorýchlostných digitálnych signálov môže tento nerozumný návrh spätnej cesty spôsobiť vážne problémy, preto sa vyžaduje, aby vedenie vysokorýchlostného digitálneho signálu bolo mimo viacvýkonovej referenčnej roviny.

4.Určite viacero základných referenčných rovín

 Viaceré pozemné referenčné roviny (uzemňovacie roviny) môžu poskytnúť dobrú cestu spätného prúdu s nízkou impedanciou, čo môže znížiť EMl v spoločnom režime. Základná rovina a napájacia rovina by mali byť pevne spojené a vrstva signálu by mala byť pevne spojená so susednou referenčnou rovinou. To sa dá dosiahnuť zmenšením hrúbky média medzi vrstvami.

5. Navrhnite kombináciu vodičov rozumne

Dve vrstvy preklenuté cestou signálu sa nazývajú „kombinácia vodičov“. Najlepšia kombinácia vodičov je navrhnutá tak, aby sa zabránilo spätnému prúdu tečúcemu z jednej referenčnej roviny do druhej, ale namiesto toho prúdi z jedného bodu (čela) jednej referenčnej roviny do druhej. Na dokončenie zložitého zapojenia je nevyhnutná medzivrstvová konverzia vedenia. Keď sa signál konvertuje medzi vrstvami, malo by sa zabezpečiť, aby spätný prúd plynule prechádzal z jednej referenčnej roviny do druhej. Pri návrhu je rozumné zvážiť susediace vrstvy ako kombináciu vodičov.

Ak signálová cesta potrebuje preklenúť viacero vrstiev, zvyčajne nie je rozumné použiť ju ako kombináciu vodičov, pretože cesta cez viacero vrstiev nie je pre spätné prúdy nejednotná. Hoci pružinu možno zmenšiť umiestnením oddeľovacieho kondenzátora blízko priechodného otvoru alebo zmenšením hrúbky média medzi referenčnými rovinami, nie je to dobrý návrh.

6.Nastavenie smeru zapojenia

Keď je smer zapojenia nastavený na rovnakej signálovej vrstve, malo by to zabezpečiť, aby väčšina smerov zapojenia bola konzistentná a mala by byť ortogonálna k smerom zapojenia susedných vrstiev signálu. Napríklad smer zapojenia jednej signálovej vrstvy možno nastaviť na smer „osi Y“ a smer zapojenia ďalšej susednej signálovej vrstvy možno nastaviť na smer „osi X“.

7. Adotoval štruktúru párnej vrstvy 

Z navrhnutej laminácie DPS možno zistiť, že klasický dizajn laminácie sú takmer všetky párne vrstvy, skôr než nepárne vrstvy, tento jav je spôsobený rôznymi faktormi.

Z výrobného procesu dosky s plošnými spojmi vieme, že všetka vodivá vrstva na doske s plošnými spojmi je uložená na jadrovej vrstve, materiálom základnej vrstvy je vo všeobecnosti obojstranná obkladová doska, keď je jadrová vrstva plne využitá , vodivá vrstva dosky plošných spojov je rovnomerná

Dosky plošných spojov s rovnomernou vrstvou majú cenové výhody. Kvôli absencii vrstvy média a medeného plášťa sú náklady na nepárne vrstvy surovín PCB o niečo nižšie ako náklady na párne vrstvy PCB. Náklady na spracovanie PCB s ODd vrstvou sú však zjavne vyššie ako náklady na PCB s párnou vrstvou, pretože PCB s ODd vrstvou potrebuje pridať neštandardný proces spájania vrstvenej jadrovej vrstvy na základe procesu štruktúry jadrovej vrstvy. V porovnaní s bežnou štruktúrou jadrovej vrstvy povedie pridanie medeného plášťa mimo štruktúry jadrovej vrstvy k nižšej efektívnosti výroby a dlhšiemu výrobnému cyklu. Pred laminovaním si vonkajšia vrstva jadra vyžaduje dodatočné spracovanie, čo zvyšuje riziko poškriabania a poškodenia vonkajšej vrstvy. Zvýšená vonkajšia manipulácia výrazne zvýši výrobné náklady.

Keď sa vnútorná a vonkajšia vrstva dosky s plošnými spojmi ochladí po procese spájania viacvrstvových obvodov, rôzne napätie laminácie spôsobí rôzne stupne ohybu na doske s plošnými spojmi. A so zvyšujúcou sa hrúbkou dosky sa zvyšuje riziko ohnutia kompozitnej dosky plošných spojov s dvoma rôznymi štruktúrami. Dosky plošných spojov s nepárnou vrstvou sa dajú ľahko ohýbať, zatiaľ čo dosky plošných spojov s párnou vrstvou sa môžu ohnutiu vyhnúť.

Ak je doska s plošnými spojmi navrhnutá s nepárnym počtom výkonových vrstiev a párnym počtom signálových vrstiev, môže sa použiť spôsob pridávania výkonových vrstiev. Ďalšou jednoduchou metódou je pridanie uzemňovacej vrstvy do stredu stohu bez zmeny ostatných nastavení. To znamená, že PCB je zapojená v nepárnom počte vrstiev a potom je v strede duplikovaná zemniaca vrstva.

8.  Zohľadnenie nákladov

Z hľadiska výrobných nákladov sú viacvrstvové dosky plošných spojov určite drahšie ako jedno a dvojvrstvové dosky plošných spojov s rovnakou plochou PCB a čím viac vrstiev, tým vyššie náklady. Avšak pri zvažovaní realizácie funkcií obvodov a miniaturizácie dosiek plošných spojov by sa na zabezpečenie integrity signálu, EMl, EMC a iných ukazovateľov výkonu mali používať viacvrstvové dosky plošných spojov, pokiaľ je to možné. Celkovo nie je rozdiel v nákladoch medzi viacvrstvovými doskami s plošnými spojmi a jednovrstvovými a dvojvrstvovými doskami oveľa vyšší, ako sa očakávalo