Blog de PCB - Cómo diseñar la pila de PCB

Cada capa de a PCB Board Desempeñar un papel específico en la determinación del comportamiento eléctrico. La capa de plano de señal transmite energía y señales eléctricas entre los componentes, Pero a menos que el plano de cobre se coloque correctamente en la capa interna, Pueden no funcionar correctamente. Además de la capa de señal, Tuyo PCB Board También se necesitan electricidad y tierra, Tienes que ponerlos en PCB Board Apilar para asegurar que el nuevo tablero funcione correctamente. ¿Entonces, dónde está el poder?, Tierra, Y colocar la capa de señal? Este es uno de los argumentos de larga data de China PCB Board Diseño, Obligar a los diseñadores a considerar cuidadosamente la aplicación prevista de sus placas de circuitos, Funciones de los componentes, Tolerancia de la señal a bordo. Si usted entiende los límites del cambio de impedancia, Nerviosismo, Onda de tensión vs.. Impedancia pdn, Supresión de comentarios cruzados, Puede determinar la disposición correcta de las capas de señal y plano que desea colocar en el tablero. Poner en práctica su intención de diseño requiere los siguientes derechos: PCB Board Conjunto de herramientas de diseño. Ya sea que desee crear un tablero simple de dos capas o un PCB de alta velocidad con docenas de capas, PCB Board El soPiesware de diseño debe ser adecuado para cualquier aplicación.

Al definir la pila de planos de señal, los diseñadores de nivel de entrada pueden tender a empujar las cosas a extremos. Sólo necesitan dos capas por placa o una capa especial por aguja. La respuesta correcta está en el Medio, dependiendo del número de redes en el tablero, los niveles aceptables de onda / nerviosismo en el circuito, la presencia de señales mixtas, Etc.. en general, si su validación de concepto funciona bien en el tablero de prueba, puede utilizar cualquier técnica de diseño que desee en el tablero de dos capas, y el tablero es probable que funcione. En muchos casos, es posible que necesite utilizar un método de puesta a tierra de red para señales de alta velocidad para proporcionar un grado de supresión del IME. Para dispositivos más complejos que funcionan a alta velocidad o alta frecuencia (o ambos), necesita al menos cuatro pilas de PCB, incluyendo planos de potencia, planos de tierra y dos planos de señal. Al determinar el número de capas de plano de señal necesarias, se considera en primer lugar el número de redes de señales y la anchura aproximada y la distancia entre las señales. Cuando intenta estimar el número de capas de señal necesarias en la pila, puede tomar dos pasos básicos:

Determinación del recuento neto: se puede utilizar un recuento neto simple basado en el eCuadradouema y el tamaño recomendado del tablero para estimar el número de capas de señal necesarias en el tablero. El número de capas suele ser proporcional a la fracción (net * trace width) / (Board width). En otras palabras, más redes con trazas más amplias necesitan hacer que el tablero sea más grande o utilizar más capas de señal. Por defecto, debe utilizar la experiencia aquí para determinar el número exacto de capas de señal necesarias para acomodar todas las redes de un tamaño de tablero dado.

Añadir capa PLANA: si la capa de señal requiere cableado de impedancia controlado, ahora es necesario colocar una capa de referencia para cada capa de señal de impedancia controlada. Si los componentes están densamente encapsulados, el plano de alimentación es necesario debajo de la capa de componentes porque no hay suficiente espacio en la capa superficial para acomodar el carril de alimentación. Esto puede dar lugar a que las placas HDI de alto valor neto necesiten una capa superficial de dos dígitos, pero la capa de referencia proporcionará blindaje e impedancia característica consistente. Una vez que haya determinado el número correcto de capas en la pila de PCB, puede continuar alineando el número de capas en la pila de PCB.

Diseño de la pila de PCB

El siguiente paso en el diseño de la pila de PCB es organizar cada capa para proporcionar una ruta de seguimiento. Sus laminados suelen estar dispuestos simétricamente alrededor del núcleo central para evitar la deformación durante el montaje y manipulación a altas temperaturas. La colocación de planos y capas de señal es crucial para el cableado de control de impedancia, ya que necesita utilizar ecuaciones específicas para diferentes ubicaciones de trayectoria para asegurar que la impedancia se controla. Para el diseño de apilamiento rígido - flexible, es necesario definir diferentes regiones en la pila de regiones rígidas - flexibles. Las herramientas de diseño de pila de capas en Allegro lo hacen fácil. Después de capturar el esquema como un diseño de PCB en blanco, puede definir la pila de capas y la transición a través de diferentes capas. A continuación, puede continuar determinando el tamaño de la trayectoria necesaria para el cableado de impedancia controlada.

Línea de banda y MICROSTRIP e impedancia controlada

Para controlar la impedancia, se debe utilizar la ecuación de impedancia de la línea de banda para diseñar trazas de cableado en la capa interna entre dos capas planas. La ecuación define la geometría necesaria para que la línea de banda tenga un valor de impedancia característico específico. Dado que hay tres parámetros geométricos diferentes en la ecuación para determinar la impedancia, es fácil determinar primero el número de capas necesarias, ya que esto determinará el espesor de la capa para un espesor dado de la placa. El peso del cobre en la capa interna del plano de señal es típicamente de 0,5 o 1 Oz / SF. Esto utiliza el ancho del rastro como parámetro para determinar la impedancia característica particular. El mismo proceso se aplica a las líneas MICROSTRIP en la capa superficial. Después de determinar el espesor de la capa y el peso del cobre, sólo es necesario determinar la anchura del rastro que define la impedancia característica. La herramienta de diseño de PCB incluye una calculadora de impedancia que le ayuda a determinar el tamaño del rastro para definir su impedancia característica. Si necesita usar pares de diferencias, simplemente defina los rastros en cada capa como pares de diferencias, y la calculadora de impedancia determinará el espacio correcto entre los rastros. Pueden acoplarse capacitivamente o inductivamente a otros rastros y conductores cuando están cableados en el tablero real. La Capacitancia parasitaria y la Inductancia del conductor cercano pueden cambiar la Impedancia de la trayectoria en la disposición real. Para asegurar que se cumplan los objetivos de impedancia en todas las capas de la pila, se necesita una herramienta de análisis de impedancia para rastrear la impedancia en la red de señales seleccionada. Si se observan grandes cambios inaceptables en el diseño del PCB, se pueden seleccionar rápidamente trazas y ajustar el cableado para eliminar los cambios de impedancia en la interconexión. Si la impedancia a lo largo de la trayectoria varía considerablemente, se marcará en rojo. El espaciamiento entre las trayectorias de la región se ajustará para eliminar la variación de la impedancia o mantenerla dentro de tolerancias aceptables. Puede definir las tolerancias de impedancia requeridas en las reglas de diseño, y la herramienta de calculadora de impedancia después de la disposición comprobará el cableado basado en los valores de impedancia requeridos. En la discusión anterior, sólo estudiamos las señales digitales porque son más exigentes que los sistemas analógicos. ¿Qué tal un tablero de señales totalmente analógico o híbrido? Para los paneles analógicos, la integridad de la fuente de alimentación es mucho más fácil, pero la integridad de la señal es mucho más difícil. Para los tableros de señales mixtos, es necesario combinar los métodos digitales anteriores con los métodos analógicos descritos aquí.

El ancho de banda de una señal digital puede extenderse a una determinada frecuencia, generalmente la frecuencia angular se considera la frecuencia de una señal binaria. La frecuencia del ángulo de rotación es de aproximadamente 0,35 / (tiempo de subida), y la frecuencia del ángulo de rotación es de 350 MHz para una señal con un tiempo de subida de 1 ns. Para señales digitales más rápidas de hasta 20 ps, la frecuencia de inflexión se extiende ahora a 17,5 GHz. Para las señales analógicas, el ancho de banda es mucho más estrecho y sólo necesita preocuparse por la Impedancia de la superficie de potencia y la pérdida de inserción / retorno dentro de ese ancho de banda. Esto facilita la integridad de la fuente de alimentación y la integridad de la señal. Cualquier pérdida o alta impedancia pdn en el enlace de señal fuera de este ancho de banda es insignificante.

Aislamiento de señales

La alternativa es más agresiva y requiere el uso de polvo de cobre en tierra o a través de la valla para asegurar el aislamiento entre las diferentes partes de la placa. Si está colocando el suelo junto al rastro analógico, acaba de crear una guía de onda coplanar, que tiene un alto aislamiento y es una opción común para el enrutamiento de señales analógicas de alta frecuencia. Si se va a utilizar una valla u otra estructura de aislamiento conductor de alta frecuencia, se debe utilizar un Solucionador de campos electromagnéticos para comprobar el aislamiento y determinar si debe seleccionarse una capa de señal diferente.

Plan de retorno

La mezcla de señales analógicas y digitales a bordo plantea requisitos estrictos para el seguimiento de la corriente de desplazamiento del bucle de puesta a tierra y el aislamiento entre los paneles digitales y analógicos.. The Diseño of the board should ensure that the analog return paths do not cross near the digital components and vice versa. Esto simplemente divide las señales digitales y analógicas en capas separadas por sus respectivos planos de tierra. Aunque esto aumenta los costos, Asegura el aislamiento entre los diferentes componentes. Si el componente analógico es de una fuente de alimentación de CA, también puede ser necesario un tablero de alimentación analógico dedicado. Fuera de la electrónica de potencia, Es un caso raro., Pero conceptualmente, siempre y cuando pueda analizar la planificación de la ruta de retorno, es fácil de manejar. Si la parte de alimentación analógica está aguas arriba y separada de la parte de señal digital, Un plano de potencia puede ser dedicado a dos señales. Si la ruta de retorno está correctamente planificada, se puede evitar la interferencia entre diferentes fuentes de alimentación y secciones de tierra.. Para la Sección de alimentación de corriente continua con regulador de conmutación, El ruido de conmutación de la parte DC debe separarse de la parte AC, As í como las señales digitales deben separarse de las señales analógicas PCB Board.