Tecnología de PCB - Cómo diseñar la pila plana de señales laminadas de PCB

Cada capa del PCB juega un papel específico en la determinación del comportamiento eléctrico. Las capas del plano de la señal transmiten la fuente de alimentación y la señal eléctrica entre los componentes, pero es posible que no funcionen correctamente a menos que el plano de cobre se coloque correctamente en la capa Interior. Además de la capa de señal, sus PCB necesitan una fuente de alimentación y una formación de tierra, y necesita colocarlos en la pila de PCB para asegurarse de que la nueva placa funcione.

¿¿ dónde se colocan la capa de alimentación, la capa de puesta a tierra y la capa de señal? Este es uno de los temas discutidos a medio y largo plazo en el diseño de pcb, lo que obliga a los diseñadores a considerar cuidadosamente el uso esperado de sus placas, la función de los componentes y la tolerancia de señal en las placas. Si entiende los límites de los cambios de resistencia, temblores, ondas de voltaje y resistencias pdn y supresión de comentarios, puede determinar la disposición correcta de las capas de señal y las capas planas a colocar en la placa.

En general, si su verificación de concepto se realiza en una placa de prueba, puede usar cualquier tecnología de diseño preferida en una placa de doble capa, que es probable que funcione. Es posible que necesite utilizar el método de puesta a tierra de la red eléctrica para procesar señales de alta velocidad para proporcionar un cierto grado de inhibición del emi. Para equipos más complejos que funcionan a alta velocidad o alta frecuencia (o ambos), necesita al menos cuatro capas de pcb, incluyendo una capa de alimentación, una capa de tierra y dos capas de señal.

Al determinar el número de capas planas de señal necesarias, lo primero que se considera es el número de redes de señal y el ancho aproximado y el intervalo entre las señales. Cuando intenta estimar el número de capas de señal necesarias en la pila, puede tomar dos pasos básicos:

Determinación del conteo neto: el número de capas de señal necesarias en el tablero se puede estimar con un simple conteo neto

E intención y tamaño recomendado de la placa de circuito. El número de capas suele ser proporcional a la puntuación (neta * ancho de línea) / (ancho de placa). En otras palabras, más redes con líneas más anchas requieren tableros más grandes o más capas de señal. Por defecto, debe usar la experiencia aquí para determinar el número exacto de capas de señal necesarias para acomodar todas las redes bajo el tamaño dado de la placa.

Añadir una capa plana: si necesita usar una capa de señal de cableado de Resistencia controlada, ahora necesita colocar una capa de referencia para cada capa de señal de Resistencia controlada. Si el componente es denso, es necesario establecer un plano de potencia debajo de la capa del componente, ya que no hay suficiente espacio en la capa superficial para acomodar la Guía de potencia. Esto puede hacer que el número de capas superficiales necesarias para las placas HDI de alto valor neto sea de dos dígitos, pero la capa de referencia proporcionará blindaje y una resistencia característica consistente.

Una vez determinado el número correcto de capas en la pila de pcb, se puede seguir organizando el número de capas en la pila de pcb.

Diseño de laminación de PCB

El siguiente paso en el diseño de laminación de PCB es organizar cada capa para proporcionar cableado. Las laminaciones suelen estar dispuestas simétricamente alrededor del núcleo central para evitar la deformación durante el montaje y operación a alta temperatura. La disposición de la capa plana y la capa de señal es esencial para el cableado de control de resistencia, ya que es necesario utilizar una ecuación específica para diferentes arreglos de cableado para garantizar el control de resistencia.

Para el diseño de laminados rígidos y flexibles, es necesario definir diferentes áreas para las áreas rígidas y flexibles en los laminados. Las herramientas de diseño apiladas en Allegro facilitan este proceso. Después de capturar el esquema como un diseño de PCB en blanco, se puede definir la pila de capas y convertirla entre diferentes capas. A continuación, puede seguir determinando el tamaño del cableado necesario para el cableado de Resistencia controlada.

Líneas de banda y MICROSTRIP y impedancias controladas

Para controlar la resistencia, se debe utilizar la ecuación de resistencia de la línea de banda para diseñar el cableado interior entre dos capas planas. La ecuación define la geometría necesaria para que la línea de banda tenga un valor de resistencia característico específico. Debido a que hay tres parámetros geométricos diferentes en la ecuación para determinar la resistencia, el método simple es determinar primero el número de capas necesarias, ya que esto determinará el espesor de la capa para un espesor determinado de la placa. El peso del cobre en la capa plana de señal interna suele ser de 0,5 o 1oz. Esto utiliza el ancho de línea como parámetro para determinar la resistencia de una característica específica.

El mismo proceso se aplica a las líneas de MICROSTRIP en la capa superficial. Después de determinar el grosor de la capa y el peso del cobre, solo necesita determinar el ancho de línea utilizado para definir la resistencia característica. La herramienta de diseño de PCB incluye una calculadora de resistencia que le ayuda a determinar el tamaño del cableado para definir

Resistencia fractal. Si se necesitan pares diferenciales, basta con definir las líneas de cada capa como pares diferenciales, y la calculadora de resistencia determinará la distancia correcta entre las líneas.

Durante el cableado en la placa real, pueden acoplarse electrónicamente o inductivamente a otros rastros y conductores. Los condensadores parasitarios e inductores de conductores cercanos cambiarán la resistencia del cableado en el diseño real. Para asegurarse de que ha alcanzado el objetivo de resistencia de todas las capas de la pila, necesita una herramienta de análisis de resistencia para rastrear la resistencia de toda la red de señales seleccionadas. Si ve grandes cambios inaceptables en el diseño del pcb, puede seleccionar rápidamente el cableado y ajustarlo para eliminar estos cambios de resistencia en la interconexión.

Los grandes cambios de resistencia a lo largo de la traza se marcan en rojo. el espaciamiento entre las trazas de la zona debe ajustarse para eliminar este cambio de resistencia o mantenerla dentro de límites de tolerancia aceptables. Puede definir la tolerancia de resistencia requerida en las reglas de diseño, y después del diseño, la herramienta de calculadora de resistencia revisará el cableado en función del valor de resistencia requerido.

En la discusión anterior, solo estudiamos las señales digitales porque son más exigentes que los sistemas analógicos. ¿¿ qué tal un tablero analógico completo o un tablero de señal 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 paneles de señal híbridos, es necesario combinar los métodos digitales mostrados anteriormente con los métodos analógicos descritos aquí.

Aislamiento de señales

La otra opción es más y se requiere el uso de polvo de cobre de tierra o vallas para garantizar el aislamiento entre las diferentes partes de la placa. Si la fundición a tierra se realiza junto al cableado simulado, se acaba de crear una guía de onda coplanar con alto aislamiento, 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 campo electromagnético para comprobar el aislamiento y determinar si se debe seleccionar el aislamiento en diferentes capas de señal.

Plan de retorno

La mezcla de señales analógicas y digitales en el tablero plantea requisitos estrictos para rastrear la corriente de desplazamiento del Circuito de tierra y el aislamiento entre los componentes del tablero digital y analógico. La disposición de la placa de circuito garantizará que los circuitos analógicos no se crucen cerca de los componentes digitales y viceversa. Esto simplemente divide las señales digitales y analógicas en diferentes capas, separadas por sus respectivas formaciones de puesta a tierra. Aunque esto aumenta los costos, garantiza el aislamiento entre los diferentes componentes.

Si el componente analógico se extrae de la fuente de alimentación de ca, el componente analógico también puede necesitar un tablero de alimentación analógico especial. Fuera de la electrónica de potencia, es una situación rara, pero siempre que puedas analizar la planificación de la ruta de retorno, es conceptualmente fácil de manejar. Si la parte de potencia analógica se encuentra aguas arriba de la parte de señal digital y está separada de la parte de señal digital, un solo plano de potencia se puede dedicar a dos señales. Si el circuito está bien planificado, se puede evitar la interferencia entre diferentes fuentes de alimentación y componentes de tierra. Para una fuente de alimentación de corriente continua con un regulador de conmutación, el ruido del interruptor de la parte de corriente continua debe separarse de la parte de ca, al igual que la señal digital debe separarse de la señal analógica.