Technologie PCB - Conception de câblage pour la technologie électromagnétique PCB

Une carte de circuit imprimé est un composant de support pour les composants de circuit et les dispositifs dans les produits électroniques. Il fournit une connexion électrique entre les composants du circuit et l'équipement et est le composant le plus fondamental de toutes sortes d'appareils électroniques. À l'heure actuelle, les circuits intégrés à grande et très grande échelle ont été largement utilisés dans les dispositifs électroniques, avec une densité croissante d'installation de composants sur des cartes de circuits imprimés et des vitesses de transmission de signaux de plus en plus rapides. Les problèmes EMC qui en résultent sont également de plus en plus importants. Les cartes de circuits imprimés sont divisées en un seul panneau (une seule couche), un double panneau (double couche) et un panneau multicouche. Les cartes simples et doubles sont généralement utilisées pour le câblage à faible densité et les circuits intégrés à faible densité, tandis que les cartes multicouches PCB utilisent le câblage à haute densité et les circuits intégrés à haute densité. Les cartes simples et doubles ne conviennent pas aux circuits à grande vitesse, le câblage simple et double face ne peut pas répondre aux exigences des circuits haute performance. Le développement de la technologie de câblage multicouche offre la possibilité de résoudre les problèmes mentionnés ci - dessus et ses applications sont de plus en plus répandues.

Caractéristiques du câblage multicouche.

La carte est composée de matériaux diélectriques organiques et inorganiques et a une structure multicouche. Ces couches sont reliées par des vias. La conduction de signaux électriques entre les couches peut être réalisée par un matériau métallique de placage ou de remplissage de via. Le câblage multicouche a été largement utilisé en raison des caractéristiques suivantes:

Une couche d'alimentation dédiée et une couche de fil de terre sont fournies dans la carte multicouche. La couche de puissance peut être utilisée comme source de bruit pour réduire les perturbations; Dans le même temps, la couche de puissance peut fournir une boucle à tous les signaux du système pour éliminer les interférences de couplage co - Impédance. Réduit l'impédance des lignes d'alimentation dans le système d'alimentation, réduisant ainsi les interférences d'impédance commune.

(2) Le panneau multicouche utilise une couche de terre spéciale, toutes les lignes de signal ont une ligne de terre spéciale. Caractéristiques de la ligne de signal: impédance stable, bonne adaptation, réduction de la distorsion de forme d'onde causée par la réflexion; Utilisez une couche de terre spéciale pour augmenter la capacité de distribution entre la ligne de signal et la ligne de terre et réduire la diaphonie.

Troisièmement, la conception laminée de la carte de circuit imprimé.

Règles de câblage pour les cartes PCB.

L'analyse de compatibilité électromagnétique des plaques multicouches peut être réalisée selon la loi de Kirchhoff et la loi de Faraday. Selon la loi de Kirchhoff, tout signal transmis dans le domaine temporel de la source du signal à la charge doit avoir le chemin d'impédance le plus bas.

Les PCB avec des plaques multicouches sont généralement utilisés dans les systèmes haute vitesse et haute performance, où les plaques multicouches peuvent être utilisées pour une alimentation en courant continu (DC) ou un plan de référence de mise à la terre. Comme il y a suffisamment de couches comme couche d'alimentation ou comme couche de masse, ces plans ne sont généralement pas divisés en plans pleins, il n'est pas nécessaire de placer des tensions continues différentes dans la même couche. Cette couche servira de boucle de courant pour les signaux renvoyés sur les lignes de transmission adjacentes. La construction d'une boucle de courant de faible impédance est un objectif majeur d'une telle couche plane EMC.

Les couches de signaux sont réparties entre les couches physiques du plan de référence et peuvent être des lignes à ruban symétriques ou des lignes à ruban asymétriques. La structure et la disposition d'un panneau multicouche sont décrites à l'exemple d'un panneau à 12 couches. Sa structure hiérarchique est t - P - S - P - S - P - B, où t est la couche supérieure, P le plan de référence, s la couche de signal et B la couche inférieure. De haut en bas, il y a 1 étage, 2 étages..., 12 étages. En tant que Plots supérieur et inférieur de l'ensemble, le signal ne peut pas être transmis sur de longues distances entre le haut et le bas, ce qui peut réduire le rayonnement direct des traces. Les lignes de signal incompatibles doivent être isolées les unes des autres dans le but d'éviter les interférences de couplage entre elles. Les hautes et basses fréquences, les courants forts et faibles, les lignes de signaux numériques et analogiques ne sont pas compatibles. Les éléments incompatibles doivent être placés à différents endroits sur la plaque d'impression pour la disposition des éléments, en prenant soin d'isoler les lignes de signal lors de la disposition. Trois questions doivent être prises en compte dans la conception:

Décidez quelle couche de référence contiendra plusieurs zones de puissance pour différentes tensions DC. Etant donné que la onzième couche a plusieurs tensions continues, le concepteur doit éloigner le plus possible le signal à grande vitesse de la dixième couche et de la couche inférieure, car le courant de boucle ne peut pas traverser le plan de référence au - dessus de la dixième couche et nécessite l'utilisation de condensateurs à broches; Troisièmement, les cinquième, septième et neuvième couches sont des couches de signal pour les signaux à grande vitesse. Le routage des signaux critiques doit être organisé dans une direction autant que possible afin de déterminer le nombre de canaux de routage possibles sur la couche d'optimisation. Les traces de signal entre les couches doivent être perpendiculaires entre elles, ce qui peut réduire les interférences de couplage entre les champs électriques et magnétiques. Les troisième et septième niveaux peuvent être configurés pour le câblage est - Ouest, et les cinquième et neuvième niveaux peuvent être configurés pour le câblage nord - Sud. Quelle couche de tissu doit être basée sur la direction vers la destination

(2) La variation du nombre de couches au cours du routage du signal à grande vitesse et quelle couche est utilisée dans le routage autonome pour assurer le passage du courant de retour du plan de référence au nouveau plan de référence requis. Il s'agit de réduire la surface de la boucle de signal et de réduire le rayonnement de courant de mode différentiel et le rayonnement de courant de mode commun de la boucle. L'intensité du rayonnement de la boucle est directement proportionnelle à la surface de la boucle. En fait, la meilleure conception n'a pas besoin de changer le plan de référence, il suffit de changer un côté du plan de référence, il suffit de revenir à l'autre côté. Par exemple, une combinaison de couches de signal peut être utilisée comme paire de couches de signal: 3, 5, 7, 7 et 9, ce qui permet de former une combinaison de câblage dans les directions est - Ouest et Nord - Sud. Mais la combinaison de la troisième et de la neuvième couche ne peut pas être utilisée car elle nécessite un courant de retour de la quatrième à la huitième couche. Bien que le condensateur de découplage puisse être placé à proximité du sur - trou, il perdra sa fonction à haute fréquence en raison de la présence de conducteurs et d'inductances de sur - trou. Cependant, une telle trace augmenterait la surface de la boucle de signal et réduirait défavorablement le rayonnement de courant.

(3) sélectionnez la tension continue de la couche de référence. Dans ce cas, beaucoup de bruit est généré sur la broche de référence alimentation / terre en raison de la vitesse de traitement du signal interne plus rapide du processeur. Il est donc important d'utiliser des condensateurs découplés et d'utiliser les condensateurs découplés le plus efficacement possible lorsque la même tension continue est fournie au processeur. La meilleure façon de réduire l'inductance de ces éléments est de connecter des traces aussi courtes et aussi larges que possible, ainsi que des pores aussi courts et trop épais que possible.

Lorsque la deuxième couche est désignée « masse » et que la quatrième couche est désignée comme source d'alimentation du processeur, plus la distance de via est grande, plus la couche supérieure du processeur et le condensateur de découplage doivent être courts. Il n'y a pas de courant important dans l'espace qui s'étend jusqu'à la base de la carte et il n'y a pas de fonction d'antenne en cas de court - circuit. La configuration de référence de la disposition de conception en cascade est présentée dans le tableau 1.

Règle 20 - H, règle 3 - W.

Dans la conception de condensateurs de cartes PCB multicouches, il existe deux principes de base pour déterminer la distance entre la couche d'alimentation du condensateur de la carte multicouche et le bord de la carte, ainsi que pour résoudre la distance entre les bandes imprimées: la méthode 20 - H et la méthode 3 - W.

Principe 20 - H: les courants RF sont généralement présents sur les bords du plan de puissance. C'est à cause du lien entre les flux magnétiques. Lors de l'utilisation d'une logique numérique à grande vitesse et d'un signal d'horloge, les courants radiofréquences sont couplés entre eux, comme représenté sur la figure 1. Pour réduire cet effet, les dimensions physiques du plan d'alimentation doivent être inférieures d'au moins 20 h à celles du plan de masse le plus proche (H étant la distance entre le plan d'alimentation et le plan de masse). L'effet de bord du plan de puissance se produit généralement autour de 10h, à 20h, environ 10% du flux magnétique est bloqué, et si vous voulez atteindre 98% du flux magnétique, une valeur limite de 100% est nécessaire, comme le montre la figure 1. La règle 20 - H détermine la distance physique entre le plan d'alimentation et le plan de masse le plus proche, y compris l'épaisseur du stratifié recouvert de cuivre, du pré - remplissage et de l'isolation isolante. L'utilisation de 20 - H peut augmenter la fréquence de résonance du PCB.

Règle 3 - W: lorsque la distance entre deux lignes imprimées PCB est faible, une diaphonie électromagnétique est générée, affectant le fonctionnement normal du circuit concerné. Pour éviter de telles perturbations, la distance entre les lignes d'impression ne doit pas être inférieure à 3 fois, c'est - à - dire au moins 3 W (W étant la largeur des lignes d'impression). La largeur de ligne imprimée est liée aux exigences d'impédance de ligne. Trop large peut affecter la densité de câblage, trop étroit peut affecter l'intégrité du signal, trop étroit peut affecter la Force des bornes de transmission. Les objets d'application de base du principe 3 - W sont les circuits d'horloge, les paires différentielles et le câblage des ports d'E / S. Le « principe 3 - W » indique simplement la limite du flux électromagnétique où l’énergie diaphonique est atténuée de 70%. Par exemple, si des exigences plus élevées sont requises, la limite de flux électromagnétique garantissant une atténuation de 98% de l'énergie de diaphonie doit être de 10.