Technologie PCB - Méthode de conception de carte de circuit imprimé multicouche

Avant de concevoir une carte de circuit imprimé multicouche, les concepteurs doivent d'abord déterminer les exigences de compatibilité électromagnétique (CEM) en fonction de la taille de la carte, de la taille de la carte, de la taille de la carte et de la taille de la carte. Déterminer la structure de la carte utilisée, c'est - à - dire décider d'utiliser une carte de 4, 6 ou plus couches. Après avoir déterminé le nombre de couches nécessaires, on détermine l'emplacement des couches électriques internes et la façon dont les différents signaux sont distribués sur ces couches. C'est le choix de la structure empilée multicouche PCB. La structure empilée est un facteur important affectant les performances de compatibilité électromagnétique des plaques imprimées. Moyens importants de supprimer les interférences électromagnétiques cette section présentera le contenu pertinent de la structure d'empilement de cartes PCB multicouches.

1. Principe de sélection et de superposition des couches

Il existe de nombreux facteurs à prendre en compte lors de la détermination de la structure d'empilement d'un PCB multicouche. En ce qui concerne le câblage, plus il y a de couches, meilleur est le câblage, mais plus il y a de couches, plus il convient au câblage. Pour les fabricants, la symétrie de la structure stratifiée est au Centre des préoccupations lors de la fabrication de cartes PCB. Que la structure empilée soit symétrique ou non est le coût et la difficulté de la plaque, ce qui augmente également la symétrie de la structure empilée. Le choix du nombre de couches nécessite donc de prendre en compte divers aspects. L'équilibre doit être atteint. Pour les concepteurs expérimentés, une analyse critique des goulots d'étranglement de câblage du PCB sera effectuée après avoir terminé la pré - disposition des éléments. Après avoir terminé le pré - agencement des éléments, cet outil analyse la densité de câblage de la carte; Les lignes de signal avec des exigences de câblage particulières (par exemple, les lignes différentielles), les lignes de signal sensibles avec des exigences de câblage particulières (par exemple, les lignes différentielles et autres outils EDA) sont ensuite intégrées pour analyser la carte. Le nombre et le type de lignes de signal avec des exigences particulières de densité de câblage, telles que les lignes différentielles, les lignes de signal sensibles, etc., déterminent le nombre de couches de la couche de signal, puis déterminent le nombre de couches de la couche de signal en fonction du type d'alimentation; Le nombre de couches électriques internes est déterminé en fonction du type d'alimentation, des exigences d'isolation et d'anti - brouillage. Pour déterminer le nombre de couches de la couche de signal, le nombre de couches électriques internes est déterminé en fonction du type d'alimentation, des exigences d'isolation et d'anti - brouillage. De cette façon, on détermine essentiellement le nombre de couches de l'ensemble de la carte. Après avoir déterminé le nombre de couches de la carte, l'étape suivante consiste à organiser rationnellement l'ordre de placement des circuits de chaque couche. (1) la couche de signal doit être adjacente à la couche électrique interne (couche interne de mise à la terre de l'alimentation électrique) et le grand film de cuivre de la couche électrique interne doit être utilisé pour protéger la couche de signal. (2) la couche d’alimentation interne et la couche de mise à la terre doivent être étroitement couplées, c’est - à - dire que l’épaisseur du milieu entre la couche d’alimentation interne et la couche de mise à la terre doit être comparée, Pour augmenter la capacité entre la couche d'alimentation et la couche de terre et augmenter la fréquence de résonance. Une valeur plus petite augmente la capacité entre le plan d'alimentation et le plan de masse et augmente la fréquence de résonance. (3) la couche de transmission de signal à grande vitesse dans le circuit devrait être la couche intermédiaire de signal et être prise en sandwich entre les deux couches électriques internes. De cette façon, les films de cuivre des deux couches électriques internes peuvent fournir un blindage électromagnétique pour la transmission de signaux à grande vitesse, tout en limitant efficacement le rayonnement des signaux à grande vitesse entre les deux couches électriques internes afin de ne pas provoquer de perturbations extérieures. (4) Évitez que les deux couches de signal soient directement adjacentes. La diaphonie est facilement introduite entre les couches de signal adjacentes, entraînant une défaillance du circuit; L'ajout d'un plan de masse entre les deux couches de signal permet d'éviter efficacement la diaphonie. (5) plusieurs couches électriques internes mises à la terre peuvent réduire efficacement l'impédance de mise à la terre; Par example, les couches de signal a et de signal B utilisent des plans de masse distincts, ce qui peut réduire efficacement les interférences de mode commun. (6) tenir compte de la symétrie de la structure des couches. Voici un exemple de panneau à 4 couches montrant comment optimiser l'agencement et la combinaison de différentes structures empilées: pour un panneau à 4 couches couramment utilisé, il existe les méthodes d'empilage suivantes (de haut en bas): (1) siganl [1] (haut), GNd [1] (intérieur), Power [2] (intérieur), siganl [2] (Bas). (2) siganl [1] (en haut), Power [1] (en intérieur), GNd [2] (en intérieur), siganl [2] (en bas). (3) Power (alimentation) (en haut), siganl [1] (interne [1]), GNd [2] (interne [2]) et siganl [2] (en bas).

De toute évidence, l'option 3 manque d'un couplage efficace entre le plan d'alimentation et le plan de masse et ne devrait donc pas être utilisée. Alors, comment choisir les options 1 et 2? En règle générale, les concepteurs choisiront l'option 1 pour la structure de 4 couches. La raison n'est pas que vous ne pouvez pas utiliser l'option 2, mais qu'une carte PCB normale ne place les composants que sur la couche supérieure, il est donc plus approprié d'utiliser l'option 1. Cependant, lorsque l'élément doit être placé à la fois sur la couche supérieure et sur la couche inférieure, et que l'épaisseur diélectrique entre la couche interne d'alimentation et la couche de masse est importante et le couplage différentiel, il est nécessaire de considérer quelle couche a le moins de lignes de signal. Pour le schéma 1, il y a moins de lignes de signal sur la Sous - couche et une grande surface de film de cuivre peut être utilisée pour le couplage avec la couche Power; Inversement, si l'ensemble est principalement disposé au rez - de - chaussée, le schéma 2 doit être utilisé pour fabriquer la plaque. Après avoir terminé l'analyse de la structure stratifiée d'un panneau à 4 couches, voici un example de méthode combinée de panneaux à 6 couches pour illustrer la disposition et la combinaison des structures stratifiées de panneaux à 6 couches et la méthode préférée:

(1) sigan 1 (haut), GNd (intérieur 1), sigan 2 (intérieur 2), sigan L 3 (intérieur 3), Power (entrée). Le schéma 1 utilise 4 couches de signal et 2 couches d'alimentation / terre internes, et il y a plus de couches de signal, ce qui favorise le travail de câblage entre les composants, mais les défauts de ce schéma sont également plus évidents et se manifestent dans les deux aspects suivants: a. La couche d'alimentation et la couche de terre sont très éloignées et ne sont pas complètement couplées. Les couches de signal siganl 2 (Inner 2) et siganl 3 (Inner 3) sont directement adjacentes l'une à l'autre, le signal n'est pas bien isolé et la diaphonie est susceptible de se produire.

(2) siganl 1 (en haut), siganl 2 (en intérieur 1), Power (en intérieur 2), GNd (en intérieur 3) et siganl 3 (en) par rapport à l'option 1, l'option 2 dispose d'un couplage suffisant entre la couche d'alimentation et la couche de terre, ce qui présente un certain avantage par rapport à l'option 1, mais les couches de signal siganl 1 (en haut et siganl 2 (en intérieur 4) et siganl 4 (en bas) sont directement adjacentes et l'isolation du signal n'est pas bonne, Et le problème de la diaphonie facile n'a pas encore été résolu. Par rapport aux options 1 et 2, l'option 3 réduit d'une couche de signal et ajoute une couche électrique interne. Bien que les couches disponibles pour le câblage soient réduites, cette solution résout les inconvénients courants des solutions 1 et 2: a. Les couches d'alimentation et de mise à la terre sont étroitement couplées. B. chaque couche de signal est directement adjacente à la couche électrique interne, efficacement isolée des autres couches de signal et n'est pas sujette à la diaphonie. En analysant les deux exemples ci - dessus, je suis sûr que le lecteur a une certaine compréhension des structures en cascade, mais dans certains cas, Il n'est pas possible qu'un programme donné réponde à toutes les exigences, ce qui nécessite de prendre en compte la priorité des différents principes de conception. Malheureusement, étant donné que la conception hiérarchique de la carte est étroitement liée aux caractéristiques du circuit réel et que les performances anti - interférence et les priorités de conception diffèrent d'un circuit à l'autre, ces principes ne sont en fait pas clairement prioritaires pour référence. Mais il est certain que le principe de conception 2 doit d'abord être respecté dans la conception (la couche d'alimentation interne et la couche de terre doivent être étroitement couplées), En outre, si le circuit doit transmettre des signaux à grande vitesse, le principe de conception 3 doit être respecté (dans la conception, le niveau haut du circuit doit d'abord être respecté, si la carte de circuit imprimé doit transmettre des signaux à haut niveau (la couche de transmission de signaux à grande vitesse doit être une couche intermédiaire de signaux, prise en sandwich entre deux couches électriques internes). La couche de transmission du signal doit être une couche intermédiaire de signal et prise en sandwich entre deux couches électriques internes).