Noticias de PCB - Problemas de apilamiento en el diseño de PCB de alta velocidad

Con la aparición continua de circuitos de alta velocidad, la complejidad de las placas de PCB es cada vez mayor. Para evitar interferencias de factores eléctricos, es necesario separar la capa de señal de la capa de alimentación, por lo que se trata de un diseño de PCB de varias capas. En el diseño de placas multicapa, la disposición de las capas es particularmente importante. Un buen diseño de apilamiento reducirá considerablemente el impacto del EMI y las conversaciones cruzadas. En la siguiente discusión, analizaremos específicamente cómo el diseño de la pila afecta el rendimiento eléctrico de los circuitos de alta velocidad.

Uno Las placas multicapa y las capas de cobre (planos) en comparación con las placas de PCB ordinarias, en el diseño de las placas multicapa, además de agregar las capas de cableado de señal necesarias, lo más importante es organizar fuentes de alimentación independientes y formaciones de tierra (capas de cobre). En los sistemas de circuitos digitales de alta velocidad, Las principales ventajas del uso de fuentes de alimentación y de puesta a tierra para reemplazar fuentes de alimentación anteriores y cables de tierra son: proporcionar un voltaje de referencia estable para la conversión de señales digitales. al mismo tiempo, el suministro uniforme de energía a cada dispositivo lógico inhibe efectivamente las conversaciones cruzadas entre las señales. la razón es que el uso de grandes áreas de cobre como fuente de alimentación y formación de puesta a tierra reduce considerablemente la resistencia Entre la fuente de alimentación y el suelo, hacer que el voltaje en la capa de alimentación sea muy uniforme y estable garantiza que cada línea de señal tenga un plano de tierra cercano al que corresponde. al mismo tiempo, se reduce la resistencia característica de la línea de señal, lo que también es muy beneficioso para reducir eficazmente las conversaciones cruzadas. Por lo tanto, para algunos diseños de circuitos de alta velocidad de alta gama, se ha estipulado claramente que se deben usar soluciones de apilamiento de seis capas (o más), como los requisitos de Intel para las placas de PCB de los módulos de almacenamiento pc133. Esto se debe principalmente a que se tienen en cuenta las características eléctricas de las placas multicapa, así como la inhibición de la radiación electromagnética e incluso la capacidad de resistir daños físicos y mecánicos es significativamente mejor que la de las placas de PCB de bajo nivel. Si se tiene en cuenta el factor costo, no es que cuanto más capas, más caro será el precio, porque el costo de la placa de PCB no solo está relacionado con el número de capas, sino también con la densidad del cableado por unidad de área. Después de reducir el número de capas, el espacio de cableado se reducirá inevitablemente, aumentando así la densidad de los rastros e incluso teniendo que reducir los requisitos de diseño reduciendo el ancho de la línea y acortando la distancia. Por lo general, el aumento de los costos causado por estos puede superar los costos reducidos reduciendo la pila. Junto con el deterioro del rendimiento eléctrico, este método a menudo es contraproducente. Por lo tanto, para los diseñadores, hay que considerarlo desde todos los aspectos.

Dos La influencia de la formación de tierra en la señal a alta frecuencia si usamos el cableado de MICROSTRIP de PCB como modelo de línea de transmisión, entonces la formación de tierra también puede considerarse como parte de la línea de transmisión. Aquí, el concepto de "circuito" puede usarse para reemplazar el concepto de "suelo". La capa de cobre de tierra es en realidad la ruta de retorno de una línea de señal. La capa de alimentación y la formación de tierra están conectadas por un gran número de condensadores de desacoplamiento. En el caso de la ca, la capa de alimentación y la formación de puesta a tierra pueden considerarse equivalentes. ¿¿ cuál es la diferencia entre un circuito de corriente a baja frecuencia y una alta frecuencia? Como se puede ver en la siguiente imagen, a baja frecuencia, la corriente regresa a lo largo de la ruta con la menor resistencia, mientras que a alta frecuencia, la corriente fluye a lo largo de la ruta con la menor inducción. El retorno del circuito también es el camino con la menor resistencia, y la corriente del circuito se concentra y se distribuye directamente debajo del rastro de la señal. A alta frecuencia, cuando el cable está colocado directamente en la formación de puesta a tierra, incluso si hay un circuito más corto, la corriente del circuito debe fluir directamente de la capa de cableado bajo la ruta de señal original a la fuente de señal. El camino tiene la menor resistencia, es decir, la inducción. Condensadores mínimos y máximos. Este método de inhibir el campo eléctrico a través del acoplamiento de gran capacitiva y el campo magnético a través del acoplamiento de pequeña inducción para mantener una baja reactancia se llama autoprotección. La siguiente fórmula refleja la Ley de que la densidad de corriente en la ruta de retorno fuera de línea de la señal cambia con varias condiciones: de la fórmula se puede concluir que en el circuito de corriente, cuanto más cerca de la línea de señal, mayor es la densidad de corriente. En este caso, el área de todo el circuito es la más pequeña y la inducción es la más pequeña. Al mismo tiempo, se puede imaginar que si la línea de señal y el circuito están muy cerca, entonces la corriente de los dos es aproximadamente la misma y la dirección es opuesta. Los campos magnéticos generados en el espacio exterior pueden compensarse entre sí, por lo que el EMI del mundo exterior también es pequeño. Por lo tanto, es mejor asegurarse de que cada capa de cableado de señal tenga una formación de contacto cercano correspondiente a la disposición de apilamiento. Ahora se considera el problema de la conversación cruzada en el plano del suelo. En los circuitos digitales de alta frecuencia, la razón principal de la conversación cruzada es el resultado del acoplamiento inductivo. A partir de la fórmula de distribución de la densidad de corriente del bucle anterior, se puede ver que cuando varias líneas de señal están relativamente cerca, las corrientes del bucle mutuas se superponen. En este momento, los campos magnéticos entre los dos inevitablemente interfieren entre sí, generando así ruido de conversación cruzada. El tamaño del voltaje de conversación cruzada está relacionado con la distancia d entre las líneas de señal, la altura H del plano de tierra y el coeficiente k, como se muestra en la siguiente imagen: en la fórmula, k está relacionado con el tiempo de subida de la señal y la longitud de las líneas de señal que interfieren entre sí. Para las configuraciones de apilamiento, no hay duda de que acortar la distancia entre la capa de señal y la formación de puesta a tierra reducirá efectivamente la conversación cruzada entre la formación de puesta a tierra. En el diseño real de pcb, a menudo se encuentran tales problemas. Si no se presta atención a la colocación de cobre en la fuente de alimentación y la formación de tierra, puede haber ranuras aisladas en el área de colocación de cobre. Esta situación suele deberse al paso de agujeros. Esto se debe a un diseño irrazonable de la zona de cuarentena o a través del agujero (como se muestra en la imagen). El resultado es ralentizar el tiempo de subida y aumentar el área del bucle, lo que resulta en un aumento de la inducción, lo que es propenso a conversaciones cruzadas innecesarias y emi. Debemos evitar este fenómeno. la inducción incrementada por el desvío de la corriente del circuito se puede expresar aproximadamente como: L = 5dln (d / w) d Representa la distancia vertical desde la línea de señal hasta el extremo más cercano de la ranura rota, y W es el ancho de la línea del rastro.

Tres Después de comprender los conocimientos básicos anteriores, podemos dibujar los esquemas de diseño apilado correspondientes para varios esquemas y análisis apilados típicos. En general, trate de cumplir con las siguientes reglas:

Las capas de cobre se organizan mejor en parejas. Por ejemplo, las dos, cinco o tres, cuatro capas de la placa de seis capas deben ser de cobre juntas. Esto se debe a los requisitos de la estructura de equilibrio en el proceso, ya que la capa de cobre desequilibrada puede causar deformación de deformación del PCB de la placa de circuito. la capa de señal y la capa de cobre deben colocarse a intervalos, Y es mejor que cada capa de señal pueda ser adyacente a al menos una capa de cobre. acortar la distancia entre la fuente de alimentación y la formación de puesta a tierra favorece la estabilidad de la fuente de alimentación y la reducción del emi. en casos de velocidad muy alta, se puede agregar una formación de puesta a tierra adicional para aislar La capa de señal, pero no se recomienda agregar más capas de alimentación para aislar, Esto puede causar interferencia acústica innecesaria. Pero la realidad es que los diversos factores anteriores no se pueden satisfacer al mismo tiempo. En este momento, debemos considerar una solución relativamente razonable. A continuación se analizan varios esquemas típicos de diseño de laminación: primero se analiza el diseño de laminación de placas de cuatro capas. En general, para circuitos de alta velocidad más complejos, es mejor no usar placas de 4 capas, ya que tiene muchas inestabilidad en términos de características físicas y eléctricas. Si se debe diseñar un tablero de cuatro pisos, se puede considerar configurarlo para: la señal de alimentación está fundamentada. Hay una mejor solución: la capa exterior está conectada a tierra en ambas capas, y la capa interior utiliza dos capas de cables de alimentación y señal. Esta solución es la mejor solución de apilamiento para el diseño de paneles de cuatro capas. Tiene una buena inhibición del EMI y, al mismo tiempo, es muy propicio para reducir la resistencia de la línea de señal. Cuanto mayor sea la densidad de cableado, más difícil será la placa. A continuación se destaca el diseño de apilamiento de las seis capas. Hoy en día, muchas placas de circuito utilizan la tecnología de placas de seis capas, como el diseño de placas de PCB de módulos de memoria. La mayoría de ellos utilizan tableros de 6 capas (los módulos de almacenamiento de alta capacidad pueden usar tableros de 10 capas). La pila más tradicional de seis pisos está dispuesta de esta manera: la señal está fundamentada en la señal de alimentación de la señal. Desde el punto de vista del control de resistencia, esta disposición es razonable, pero relativamente razonable debido a que la fuente de alimentación está lejos del plano del suelo. el efecto de radiación del pequeño EMI de modo común no es muy bueno. Si se cambia el área de cobre a las capas 3 y 4, se producirá un control deficiente de la resistencia de la señal y un fuerte EMI de modo diferencial. También hay un plan para aumentar la formación de puesta a tierra, el diseño es: la señal de puesta a tierra de la fuente de alimentación de la señal de puesta a tierra de la señal, de modo que tanto desde el punto de vista del control de resistencia como desde el punto de vista de la reducción del emi, se puede lograr el entorno necesario para el diseño de integridad de la señal de alta velocidad. Pero la desventaja es que la pila de capas es desequilibrada. La tercera capa es la capa de cableado de señal, pero la cuarta capa correspondiente es la capa de potencia con una gran área de cobre. Esto puede encontrar algunos problemas en la fabricación de pcb. En el momento del diseño, se pueden cubrir todas las áreas en blanco de la tercera capa con cobre para lograr el efecto de una estructura de equilibrio aproximado. Las implementaciones de circuitos más complejas requieren el uso de la tecnología de diez capas. La placa de PCB de 10 capas tiene una capa dieléctrica aislada muy delgada y la capa de señal puede estar muy cerca del plano del suelo. De esta manera, los cambios de resistencia entre las capas están bien controlados. En general, siempre y cuando no se produzcan errores graves de diseño de apilamiento, los diseñadores pueden completar fácilmente el diseño de placas de circuito de alta velocidad de alta calidad. Si el cableado es muy complejo y se necesitan más capas de cableado, podemos configurar la pila para: la señal de señal de tierra señal señal señal de alimentación, por supuesto, este no es nuestro mejor escenario. sí, pedimos que el rastro de señal se coloque en un pequeño número de capas, pero para aislar otras capas de señal con capas de tierra redundantes, Así que el esquema de apilamiento más común es: señal - señal de tierra - señal - fuente de alimentación - señal de tierra, puedes ver que aquí se utilizan tres formaciones de tierra y solo se utiliza una fuente de alimentación (solo consideramos una sola fuente de alimentación). Esto se debe a que, aunque la capa de Potencia tiene el mismo efecto de control de resistencia que la capa plana, el voltaje en la capa de potencia sufre una mayor interferencia, más armónicos de alto orden y un EMI fuerte para el mundo exterior, por lo que va acompañado de la señal. Al igual que la capa de alambre, es mejor estar protegido por el plano de tierra. Al mismo tiempo, si se utiliza una capa de potencia excedente para el aislamiento, la corriente del circuito debe convertirse del plano de tierra al plano de potencia a través de un capacitor de desacoplamiento. De esta manera, una caída de tensión excesiva en el condensadores de desacoplamiento causará efectos de ruido innecesarios.

Cuatro En general, lo anterior solo discute algunos problemas encontrados en el diseño de apilamiento de pcb. Las circunstancias específicas deben determinarse de acuerdo con la situación real. Dentro del rango de capacidad, generalmente es necesario considerar la calidad y el costo de la señal. Al mismo tiempo que diseñamos el esquema de laminación de acuerdo con los principios teóricos anteriores, también necesitamos considerar otros principios de cableado para cooperar, como la dirección de cada capa, la definición del ancho de la línea de alimentación de la capa de señal y la colocación de condensadores de desacoplamiento. Solo teniendo en cuenta varios factores podemos finalmente diseñar una placa de circuito con mejor rendimiento.

Lo anterior es una introducción a los problemas de apilamiento en el diseño de PCB de alta velocidad. El IPCB también está disponible para los fabricantes de PCB y la tecnología de fabricación de pcb.