Technologie PCB - Conception Multi - couche de puissance

Multi Power Layer Design 4 couches 4 couches la conception de 4 couches présente plusieurs problèmes potentiels. Tout d'abord, un panneau traditionnel à quatre couches de 62 mils d'épaisseur, la distance entre la couche d'alimentation et la couche de terre est encore trop grande, même si la couche de signal est à l'extérieur et la couche d'alimentation et la couche de terre à l'intérieur. Voici deux alternatives au panneau traditionnel à 4 couches. Les deux solutions peuvent améliorer les performances d'inhibition EMI, mais seulement pour les applications où la densité des composants sur la carte est suffisamment faible et où il y a une surface suffisante autour du composant (la couche de cuivre d'alimentation requise pour le placement). Les couches externes du PCB sont toutes des couches de terre et les deux couches intermédiaires sont des couches de signal / alimentation. L'alimentation sur la couche de signal utilise un câblage de ligne large, ce qui peut rendre l'impédance du trajet du courant d'alimentation plus faible et l'impédance du trajet microruban du signal plus faible. Du point de vue du contrôle EMI, c'est la meilleure structure de PCB à 4 couches actuellement disponible. Dans la seconde solution, la couche externe utilise l'alimentation et la terre, et les deux couches intermédiaires utilisent le signal. L'amélioration est moindre par rapport à un panneau traditionnel à 4 couches et l'impédance inter - couches est aussi mauvaise qu'un panneau traditionnel à 4 couches.

Si vous souhaitez contrôler l'impédance des traces, le schéma d'empilement ci - dessus doit être très prudent en plaçant les traces sous une source d'alimentation et un îlot de cuivre mis à la terre. En outre, les îlots de cuivre sur la source d'alimentation ou la couche de mise à la terre doivent être interconnectés autant que possible pour assurer les connexions DC et basse fréquence.

Si la densité des composants sur un panneau de 4 couches est relativement élevée, alors un panneau de 6 couches est le meilleur. Cependant, certains schémas d'empilement dans une conception à 6 couches ne suffisent pas à masquer les champs électromagnétiques et ont peu d'effet sur la réduction du signal transitoire du bus d'alimentation. Deux exemples sont discutés ci - dessous. Dans le premier exemple, l'alimentation et la mise à la terre sont situées respectivement au deuxième et au cinquième niveau. Le contrôle du rayonnement EMI de mode commun est très défavorable en raison de la Haute impédance de cuivre de l'alimentation. Cependant, cette approche est tout à fait correcte du point de vue du contrôle de l'impédance du signal: dans le deuxième exemple, l'alimentation et la masse sont placées respectivement aux couches 3 et 4. Cette conception résout le problème de l'impédance de cuivre d'alimentation. Le mode différentiel EMI augmente en raison de la mauvaise performance du blindage électromagnétique des première et sixième couches. Cette conception permet de résoudre le problème du mode différentiel EMI si le nombre de lignes de signal sur les deux couches externes est minimal et si la longueur de trace est courte (inférieure à 1 / 20 de la longueur d'onde harmonique la plus élevée du signal). Remplir les zones de la couche externe sans composants et traces avec du cuivre et mettre à la terre les zones recouvertes de cuivre (un intervalle tous les 1 / 20 de longueur d'onde), ce qui est particulièrement bon pour inhiber le mode différentiel EMI. Comme mentionné précédemment, il est nécessaire de connecter les zones de cuivre avec le plan de masse interne multipoint.la conception générale de panneaux à 6 couches haute performance prend généralement les première et sixième couches comme couches de mise à la terre et les troisième et quatrième couches pour l'alimentation et la mise à la terre. La capacité d'inhibition EMI est bonne en raison de la présence de deux couches de lignes de signal à double bande à mi - chemin entre la couche de puissance et la couche de terre. L'inconvénient de cette conception est qu'il n'y a que deux couches de routage. Comme mentionné précédemment, le même empilement peut également être réalisé avec un panneau 6 couches traditionnel si les traces extérieures sont courtes et le cuivre est posé dans une zone sans traces. Une autre disposition de panneau 6 couches est signal, terre, signal, alimentation, terre et signal, ce qui permet d'obtenir l'environnement requis pour une Conception avancée de l'intégrité du signal. La couche de signal est adjacente à la couche de terre et la couche de puissance et la couche de terre sont appariées. De toute évidence, l'inconvénient est que l'empilement des couches n'est pas équilibré, ce qui entraîne souvent des problèmes de fabrication. La solution à ce problème est de remplir toutes les zones vides de la troisième couche de cuivre. Après remplissage de cuivre, si la densité de cuivre de la troisième couche est proche de celle de la couche d'alimentation ou de la couche de terre, la carte ne peut pas être considérée strictement comme une carte de circuit électrique structurellement équilibrée. La zone de remplissage en cuivre doit être connectée à une source d'alimentation ou à la terre. La distance entre les Vias de connexion est toujours de 1 / 20ème de longueur d'onde et peut ne pas avoir besoin d'être connecté partout, mais devrait idéalement être connecté.

Plaques à 10 couches l'impédance entre les 10 ou 12 couches de la carte est très faible en raison de la très faible épaisseur de la couche isolante entre les plaques multicouches. Tant qu'il n'y a pas de problème avec la superposition et l'empilement, une bonne intégrité du signal peut être attendue. Il est plus difficile de fabriquer un panneau de 12 couches avec une épaisseur de 62 mil, et il n'y a pas beaucoup de fabricants capables d'usiner un panneau de 12 couches. Comme il y a toujours une couche isolante entre la couche de signal et la couche de boucle, la solution pour distribuer les 6 couches intermédiaires dans une conception de panneau de 10 couches pour câbler les lignes de signal n'est pas la meilleure. En outre, il est important que la couche de signal soit adjacente à la couche de boucle, c'est - à - dire que la carte soit agencée en signal, masse, signal, alimentation, masse, signal, lettre, masse et signal; cette conception permet un bon cheminement du courant de signal et de son courant de boucle. La bonne stratégie de câblage consiste à câbler dans la direction X sur la première couche, dans la direction y sur la troisième couche, dans la direction X sur la quatrième couche, etc. intuitivement, les première et troisième couches sont une paire de combinaisons de couches, les quatrième et septième couches sont un ensemble de combinaisons de couches, Et les couches 8 et 10 sont la dernière paire de combinaisons de couches. Lorsqu'un changement de direction de routage est nécessaire, les lignes de signal de la première couche doivent utiliser des « trous de passage» pour atteindre la troisième couche, puis changer de direction. En fait, ce n'est peut - être pas toujours possible, mais en tant que concept de conception, il est essentiel de le suivre autant que possible. De même, lorsque le sens du routage du signal change, il doit passer par les trous de passage des couches 8 et 10 ou de la couche 4 à la couche 7. Ce câblage assure le couplage le plus étroit entre le trajet direct du signal et la boucle. Par example, si le signal est routé sur la première couche, la boucle est routée sur la deuxième couche et seulement sur la deuxième couche, le signal sur la première couche est transmis sur la troisième couche par un « overhole ». La boucle est toujours dans la deuxième couche pour maintenir les caractéristiques d'une faible inductance, d'une grande capacité et d'une bonne performance de blindage électromagnétique. Que se passe - t - il si le câblage réel n'est pas le cas? Par example, les lignes de signal sur la première couche traversent les Vias jusqu'à la dixième couche. À ce stade, le signal de boucle doit trouver le plan de masse de la couche 9 et le courant de boucle doit trouver la masse la plus proche à travers (par exemple, la broche de masse d'une résistance ou d'un condensateur). Si un tel passage se trouve à proximité, vous avez vraiment de la chance. S'il n'y a pas de sur - trous aussi proches, l'inductance devient plus grande, la capacité diminue et l'EMI augmente certainement. Lorsque la ligne de signal doit quitter la paire actuelle de couches de câblage vers d'autres couches de câblage à travers le sur - trou, le sur - trou de terre doit être placé près du sur - trou afin que le signal de boucle puisse revenir en douceur à la couche de terre appropriée. Pour une combinaison hiérarchique des couches 4 et 7, la boucle de signal reviendra de la couche de puissance ou de la couche de terre, c'est - à - dire de la couche 5 ou de la couche 6, car le couplage capacitif entre la couche de puissance et la couche de terre est bon et le signal est facilement transmissible.

Conception de couches d'alimentation multiples si deux couches d'alimentation d'une même source de tension nécessitent la sortie d'un courant important, la carte doit être agencée en deux groupes de couches d'alimentation et de couches de mise à la terre. Dans ce cas, une couche isolante est placée entre chaque paire de couches d'alimentation et la couche de masse. De cette façon, nous obtenons deux paires de barres de puissance d'impédance égale qui divisent le courant que nous attendons. Si l'empilement des couches d'alimentation conduit à des impédances inégales, les Shunts ne seront pas homogènes, les tensions transitoires seront beaucoup plus importantes et l'EMI augmentera fortement. S'il y a plusieurs tensions d'alimentation de valeurs différentes sur la carte, plusieurs couches d'alimentation seront nécessaires en conséquence. N'oubliez pas de créer vos propres paires d'alimentations et de couches de mise à la terre pour différentes Alimentations. Dans les deux cas ci - dessus, gardez à l'esprit les exigences du fabricant pour une structure équilibrée lors de la détermination de l'emplacement des paires de couches d'alimentation et de couches de terre sur la carte.