Thiết kế nhiều lớp chủ yếu tuân theo hai quy tắc:
1. Mỗi lớp đi dây phải có một lớp tham chiếu liền kề (lớp nguồn hoặc lớp nối đất);
2. Lớp nguồn chính và lớp đất liền kề phải được giữ ở khoảng cách tối thiểu để cung cấp điện dung ghép lớn hơn;
Sau đây liệt kê ngăn xếp từ bảng hai lớp đến bảng tám lớp để giải thích ví dụ:
1. Xếp chồng bảng PCB một mặt và bảng PCB hai mặt
Đối với ván hai lớp, do số lượng lớp ít nên không còn vấn đề cán màng. Việc kiểm soát bức xạ EMI chủ yếu được xem xét từ hệ thống dây điện và cách bố trí;
Khả năng tương thích điện từ của bảng một lớp và bảng hai lớp ngày càng trở nên nổi bật. Nguyên nhân chính của hiện tượng này là do diện tích vòng tín hiệu quá lớn, không chỉ tạo ra bức xạ điện từ mạnh mà còn khiến mạch trở nên nhạy cảm với nhiễu bên ngoài. Để cải thiện khả năng tương thích điện từ của mạch, cách dễ nhất là giảm diện tích vòng lặp của tín hiệu chính.
Tín hiệu chính: Từ góc độ tương thích điện từ, tín hiệu chính chủ yếu đề cập đến các tín hiệu tạo ra bức xạ mạnh và tín hiệu nhạy cảm với thế giới bên ngoài. Các tín hiệu có thể tạo ra bức xạ mạnh thường là các tín hiệu định kỳ, chẳng hạn như tín hiệu bậc thấp của đồng hồ hoặc địa chỉ. Tín hiệu nhạy cảm với nhiễu là tín hiệu tương tự có mức thấp hơn.
Bo mạch một lớp và hai lớp thường được sử dụng trong các thiết kế analog tần số thấp dưới 10KHz:
1) Các dấu vết nguồn trên cùng một lớp được định tuyến xuyên tâm và tổng chiều dài của các đường dây được giảm thiểu;
2) Khi chạy dây nguồn và dây nối đất phải ở gần nhau; đặt một dây nối đất ở bên cạnh dây tín hiệu chính và dây nối đất này phải càng gần dây tín hiệu càng tốt. Bằng cách này, diện tích vòng lặp nhỏ hơn được hình thành và độ nhạy của bức xạ chế độ vi sai đối với nhiễu bên ngoài sẽ giảm xuống. Khi thêm dây nối đất bên cạnh dây tín hiệu, một vòng có diện tích nhỏ nhất sẽ được hình thành. Dòng tín hiệu chắc chắn sẽ lấy vòng này thay vì các dây nối đất khác.
3) Nếu là bảng mạch hai lớp, bạn có thể đặt dây nối đất dọc theo đường tín hiệu ở phía bên kia của bảng mạch, ngay bên dưới đường tín hiệu và đường đầu tiên phải càng rộng càng tốt. Diện tích vòng lặp được hình thành theo cách này bằng độ dày của bảng mạch nhân với chiều dài của đường tín hiệu.
Tấm laminate hai và bốn lớp
1. SIG－GND(PWR)－PWR (GND)－SIG;
2. GND－SIG(PWR)－SIG(PWR)－GND;
Đối với hai thiết kế nhiều lớp ở trên, vấn đề tiềm ẩn là độ dày tấm 1,6 mm (62 triệu) truyền thống. Khoảng cách giữa các lớp sẽ trở nên rất lớn, điều này không chỉ bất lợi cho việc kiểm soát trở kháng, khớp nối giữa các lớp và che chắn; đặc biệt là khoảng cách lớn giữa các mặt đất nguồn làm giảm điện dung của bo mạch và không có lợi cho việc lọc tiếng ồn.
Đối với sơ đồ đầu tiên, nó thường được áp dụng cho tình huống có nhiều chip hơn trên bảng. Loại sơ đồ này có thể đạt được hiệu suất SI tốt hơn, nhưng nó không tốt cho hiệu suất EMI, chủ yếu phải điều khiển bằng hệ thống dây điện và các chi tiết khác. Chú ý chính: Lớp đất được đặt trên lớp kết nối của lớp tín hiệu có tín hiệu dày đặc nhất, có lợi cho việc hấp thụ và triệt tiêu bức xạ; tăng diện tích của bảng để phản ánh quy tắc 20H.
Đối với giải pháp thứ hai, nó thường được sử dụng khi mật độ chip trên bo mạch đủ thấp và có đủ diện tích xung quanh chip (đặt lớp đồng nguồn theo yêu cầu). Trong sơ đồ này, lớp ngoài của PCB là lớp nối đất và hai lớp ở giữa là lớp tín hiệu/nguồn. Nguồn điện trên lớp tín hiệu được định tuyến bằng một đường rộng, có thể làm cho trở kháng đường dẫn của dòng điện thấp và trở kháng của đường dẫn vi dải tín hiệu cũng thấp và bức xạ tín hiệu của lớp bên trong cũng có thể bị giảm. được che chắn bởi lớp bên ngoài. Từ góc độ kiểm soát EMI, đây là cấu trúc PCB 4 lớp tốt nhất hiện có.
Chú ý chính: Khoảng cách giữa hai lớp trộn tín hiệu và công suất ở giữa phải được mở rộng và hướng nối dây phải thẳng đứng để tránh nhiễu xuyên âm; khu vực bảng cần được kiểm soát phù hợp để phản ánh quy tắc 20H; Nếu muốn kiểm soát trở kháng dây, giải pháp trên cần phải hết sức cẩn thận để định tuyến các dây được bố trí dưới đảo đồng để cấp nguồn và nối đất. Ngoài ra, lớp đồng trên nguồn điện hoặc lớp nối đất phải được kết nối với nhau càng nhiều càng tốt để đảm bảo kết nối DC và tần số thấp.
Tấm laminate ba, sáu lớp
Đối với các thiết kế có mật độ chip cao hơn và tần số xung nhịp cao hơn, nên xem xét thiết kế bo mạch 6 lớp và nên sử dụng phương pháp xếp chồng:
1. SIG－GND－SIG－PWR－GND－SIG;
Đối với loại sơ đồ này, loại sơ đồ nhiều lớp này có thể có được tính toàn vẹn tín hiệu tốt hơn, lớp tín hiệu liền kề với lớp mặt đất, lớp nguồn và lớp mặt đất được ghép nối, trở kháng của mỗi lớp dây có thể được kiểm soát tốt hơn và hai Tầng có khả năng hấp thụ tốt các đường sức từ. Và khi nguồn điện và lớp tiếp đất còn nguyên vẹn, nó có thể cung cấp đường trở về tốt hơn cho từng lớp tín hiệu.
2. GND－SIG－GND－PWR－SIG －GND;
Đối với loại sơ đồ này, loại sơ đồ này chỉ phù hợp với tình huống mật độ thiết bị không cao lắm, loại cán này có tất cả các ưu điểm của lớp cán trên và mặt phẳng nền của lớp trên và lớp dưới tương đối hoàn chỉnh, có thể được sử dụng như một lớp che chắn tốt hơn để sử dụng. Cần lưu ý rằng lớp năng lượng phải gần với lớp không phải là bề mặt thành phần chính, vì mặt phẳng phía dưới sẽ hoàn thiện hơn. Vì vậy, hiệu suất EMI tốt hơn giải pháp đầu tiên.
Tóm tắt: Đối với sơ đồ bo mạch sáu lớp, khoảng cách giữa lớp nguồn và lớp mặt đất phải được giảm thiểu để có được nguồn điện và khả năng ghép nối đất tốt. Tuy nhiên, mặc dù độ dày của tấm ván là 62mil và khoảng cách giữa các lớp giảm đi nhưng việc kiểm soát khoảng cách giữa nguồn điện chính và lớp đất rất nhỏ không phải là điều dễ dàng. So sánh phương án thứ nhất với phương án thứ hai, chi phí của phương án thứ hai sẽ tăng lên rất nhiều. Vì vậy, chúng ta thường chọn phương án đầu tiên khi xếp chồng. Khi thiết kế, hãy tuân theo quy tắc 20H và thiết kế quy tắc lớp gương.
Tấm laminate bốn và tám lớp
1. Đây không phải là phương pháp xếp chồng tốt do khả năng hấp thụ điện từ kém và trở kháng nguồn điện lớn. Cấu trúc của nó như sau:
1.Bề mặt thành phần tín hiệu 1, lớp dây microstrip
2. Lớp dây microstrip bên trong Signal 2, lớp dây tốt hơn (hướng X)
3. Mặt đất
4. Lớp định tuyến dải tín hiệu 3, lớp định tuyến tốt hơn (hướng Y)
5. Lớp định tuyến đường dây tín hiệu 4
6. Quyền lực
7. Lớp dây microstrip bên trong tín hiệu 5
8.Tín hiệu 6 lớp dấu vết microstrip
2. Đây là một biến thể của phương pháp xếp chồng thứ ba. Do việc bổ sung lớp tham chiếu, nó có hiệu suất EMI tốt hơn và trở kháng đặc tính của từng lớp tín hiệu có thể được kiểm soát tốt
1.Bề mặt tín hiệu 1 thành phần, lớp dây microstrip, lớp dây tốt
2. Tầng đất, khả năng hấp thụ sóng điện từ tốt
3. Lớp định tuyến dải tín hiệu 2, lớp định tuyến tốt
4. Lớp năng lượng điện, hình thành khả năng hấp thụ điện từ cực tốt với lớp đất phía dưới 5. Lớp đất
6.Tín hiệu 3 lớp định tuyến dải, lớp định tuyến tốt
7. Tầng công suất, có trở kháng nguồn lớn
8.Tín hiệu 4 lớp dây microstrip, lớp dây tốt
3. Phương pháp xếp chồng tốt nhất do sử dụng nhiều mặt phẳng tham chiếu mặt đất nên có khả năng hấp thụ địa từ rất tốt.
1.Bề mặt tín hiệu 1 thành phần, lớp dây microstrip, lớp dây tốt
2. Tầng đất, khả năng hấp thụ sóng điện từ tốt
3. Lớp định tuyến dải tín hiệu 2, lớp định tuyến tốt
4. Lớp năng lượng điện, tạo thành sự hấp thụ điện từ tuyệt vời với lớp mặt đất bên dưới 5. Lớp mặt đất
6.Tín hiệu 3 lớp định tuyến dải, lớp định tuyến tốt
7. Tầng đất, khả năng hấp thụ sóng điện từ tốt
8.Tín hiệu 4 lớp dây microstrip, lớp dây tốt
Cách chọn số lượng bảng được sử dụng trong thiết kế và cách xếp chúng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như số lượng mạng tín hiệu trên bảng, mật độ thiết bị, mật độ PIN, tần số tín hiệu, kích thước bảng, v.v. Đối với những yếu tố này, chúng ta phải xem xét toàn diện. Đối với càng nhiều mạng tín hiệu, mật độ thiết bị càng cao, mật độ PIN càng cao và tần số tín hiệu càng cao thì thiết kế bảng nhiều lớp nên được áp dụng càng nhiều càng tốt. Để có được hiệu suất EMI tốt, tốt nhất nên đảm bảo rằng mỗi lớp tín hiệu có lớp tham chiếu riêng.