Tecnología de PCB - Sobre la elección de la estructura de apilamiento de diseño de PCB

Antes de diseñar un PCB multicapa, el diseñador del PCB debe determinar primero la estructura de la placa de circuito utilizada en función del tamaño del circuito, el tamaño de la placa de circuito y los requisitos de compatibilidad electromagnética (emc), es decir, decidir si se utilizan placas de circuito multicapa de 4, 6 o más capas. Después de determinar el número de capas, se determina la ubicación de las capas eléctricas internas y cómo asignar diferentes señales en estas capas. Esta es la elección de una estructura de apilamiento de PCB de varias capas. La estructura apilada es un factor importante que afecta el rendimiento EMC de la placa de PCB y un medio importante para inhibir la interferencia electromagnética. Esta sección introducirá el contenido relevante de la estructura de apilamiento de PCB multicapa. Después de determinar el número de capas de energía, capas de tierra y capas de señal, su disposición relativa es un tema que cada ingeniero de PCB no puede evitar.

1. principios generales para la disposición de la capa de la placa de circuito:

1. para determinar la estructura laminada de las placas de PCB multicapa, hay que tener en cuenta muchos factores. Desde el punto de vista del cableado, cuanto más capas hay, mejor es el cableado, pero el costo y la dificultad de hacer placas también aumentarán. Para los fabricantes, si la estructura laminada es simétrica es el foco de atención a la hora de fabricar placas de pcb, por lo que la elección del número de capas debe considerar todas las necesidades para lograr el mejor equilibrio.

2. la parte inferior de la superficie del componente (segunda capa) es un plano de tierra, que proporciona un plano de referencia para la capa de blindaje del dispositivo y el cableado superior; La capa de señal sensible debe ser adyacente a la capa eléctrica interna (fuente de alimentación interna / formación de tierra), utilizando una gran película de cobre de la capa eléctrica interna para proporcionar blindaje a la capa de señal. La capa de transmisión de señal de alta velocidad en el circuito debe ser la capa intermedia de la señal y intercalada entre las dos capas eléctricas internas. De esta manera, la película de cobre de las dos capas eléctricas internas puede proporcionar un blindaje electromagnético para la transmisión de señales de alta velocidad, al tiempo que puede limitar efectivamente la radiación de señales de alta velocidad entre las dos capas eléctricas internas sin causar interferencias externas.

3. todas las capas de señal están lo más cerca posible del plano terrestre.

4. trate de evitar que dos capas de señal sean directamente adyacentes; Es fácil introducir comentarios cruzados entre las capas de señal adyacentes, lo que resulta en un fallo funcional del circuito. La adición de un plano de tierra entre las dos capas de señal puede evitar eficazmente la conversación cruzada.

5. la fuente de alimentación principal está lo más cerca posible de ella.

6. considere la simetría de la estructura laminada.

2. estructura de apilamiento comúnmente utilizada en el diseño de pcb:

Tablero de 4 pisos

El siguiente ejemplo utiliza placas de 4 capas para ilustrar cómo optimizar la disposición y combinación de varias estructuras laminadas.

Para las placas de 4 capas comunes, hay varios métodos de apilamiento (de arriba a abajo):

(1) siganl 1 (superior), gnd (interior 1), Power (interior 2), siganl 2 (inferior).

(2) siganl 1 (superior), Power (interior 1), gnd (interior 2), siganl 2 (inferior).

(3) Power (power) (superior), siganl 1 (interior 1), gnd (interior 2) y siganl 2 (inferior).

Obviamente, la opción 3 carece de un acoplamiento efectivo entre la capa de potencia y la formación de puesta a tierra y no debe adoptarse.

¿Entonces, ¿ cómo se deben seleccionar las opciones 1 y 2? En circunstancias normales, el diseñador elegirá la opción 1 como la estructura de cuatro pisos. La razón de la selección no es que no se pueda adoptar la opción 2, sino que las placas de PCB ordinarias solo colocan componentes en el nivel superior, por lo que es más apropiado adoptar la opción 1. Sin embargo, cuando los componentes deben colocarse simultáneamente en la capa superior e inferior, y el espesor dieléctrico entre la capa de potencia interna y la formación de tierra es grande y la diferencia de acoplamiento es pobre, es necesario considerar qué capa tiene menos líneas de señal. Para la opción 1, hay menos líneas de señal en la parte inferior y se puede utilizar una gran área de película de cobre para acoplarse a la capa de poder; Por el contrario, si los componentes están dispuestos principalmente en la parte inferior, se debe utilizar la opción 2 para hacer la placa.

Tablero de 6 pisos

Después de completar el análisis de la estructura apilada de las 4 capas, el siguiente ejemplo utiliza una combinación de 6 capas para ilustrar la disposición y combinación de las 6 capas y el método preferido. (1) siganl 1 (superior), gnd (interior 1), siganl 2 (interior 2), sigan L 3 (interior 3), Power (interior 4) y siganl 4 (inferior). La solución 1 utiliza cuatro capas de señal y dos capas internas de alimentación / conexión. Tiene más capas de señal, lo que facilita el trabajo de cableado entre componentes. Sin embargo, las deficiencias de esta solución también son más evidentes, manifestándose en los siguientes dos aspectos.

1. la capa de alimentación y la formación de tierra están muy separadas y no están suficientemente acopladas.

2. las capas de señal siganl 2 (inner 2) y siganl 3 (inner 3) son adyacentes directamente, por lo que la señal no está bien aislada y es propensa a conversaciones cruzadas. (2) siganl 1 (superior), siganl 2 (interior 1), Power (interior 2), gnd (interior 3), sigan - 3 (interior 4) y siganl 4 (inferior).

En comparación con el esquema 1, la capa de potencia y la formación de tierra en el esquema 2 están completamente acopladas, lo que tiene ciertas ventajas en comparación con el esquema 1. Sin embargo, las capas de señal de siganl 1 (superior) y siganl 2 (interior 1) y siganl 3 (interior 4) y sigan l 4 (inferior) están conectadas directamente. Adyacente, la señal no está bien aislada y el problema de la propensión a las conversaciones cruzadas no se ha resuelto.

(3) siganl 1 (superior), gnd (interior 1), siganl 2 (interior 2), Power (interior 3), gnd (interior 4) y siganl 3 (inferior).

En comparación con los esquemas 1 y 2, el esquema 3 tiene una capa de señal menos y una capa eléctrica interna más. A pesar de la reducción de las capas disponibles para el cableado, la solución resuelve los defectos comunes de las soluciones 1 y 2.

1. el plano de alimentación y el plano de tierra están estrechamente acoplados.

2. cada capa de señal es directamente adyacente a la capa eléctrica interna y está efectivamente aislada de otras capas de señal, lo que no es propenso a conversaciones cruzadas.

3. siganl 2 (inner 2) está adyacente a dos capas eléctricas internas gnd (inner 1) y Power (innr 3), que pueden utilizarse para transmitir señales de alta velocidad. Dos capas eléctricas internas pueden bloquear eficazmente la interferencia externa con la capa siganl 2 (inner 2) y la interferencia externa de siganl 2 (inner 2).

En conjunto, la opción 3 es claramente la opción con el mayor grado de optimización. Al mismo tiempo, el esquema 3 también es una estructura apilada común para placas de seis pisos.

Placa de 10 pisos

Diseño típico de 10 capas de PCB

El orden general de cableado es top - gnd - capa de señal - capa de alimentación - gnd - capa de señal - capa de potencia - capa de señal - gnd - botcom

El orden de cableado en sí mismo no es necesariamente fijo, pero hay algunos criterios y principios que lo limitan: por ejemplo, las capas adyacentes de la planta superior e inferior utilizan gnd para garantizar las características EMC de la placa única; Por ejemplo, cada capa de señal utiliza preferentemente la capa gnd como plano de referencia; La fuente de alimentación utilizada en toda la chapa se coloca preferentemente en toda la pieza de cobre; Susceptible, de alta velocidad, le gusta saltar a lo largo de la capa interior, etc.

3. casos de mejora de la estructura laminada de diseño de PCB

Problemas

El producto tiene ocho grupos de puertos de red y puertos ópticos. Durante la prueba, se encontró que la depuración de la señal entre el octavo Grupo de puertos ópticos y el chip falló, lo que hizo que el puerto óptico 8 no pudiera ser depurado y no funcionara, y los otros siete grupos de puertos ópticos se comunicaron normalmente.

1. problemas de confirmación

De acuerdo con la información proporcionada por el cliente, se confirma que las dos líneas de resistencia diferencial entre el puerto óptico de la capa L6 8 y el chip 8 no se pueden depurar;

Según la información proporcionada por el cliente, se confirma que las dos líneas de resistencia diferencial entre el puerto óptico 8 y el chip 8 en la capa L6 no se pueden depurar.

2. requisitos de apilamiento y diseño proporcionados por el cliente

Mejorar el efecto

Al ajustar la estructura de apilamiento de PCB para aumentar la distancia entre las capas de señal adyacentes de la capa l56, se resuelve el problema de la falla del sistema causada por la conversación cruzada.