Technologie PCB - Quelles sont les règles à suivre pour la conception d'empilement de PCB

En règle générale, une conception stratifiée doit respecter deux règles:

1. Chaque couche de câblage doit avoir une couche de référence adjacente (couche d'alimentation ou couche de mise à la terre);

2. La couche d'alimentation principale adjacente et la couche de mise à la terre doivent être maintenues à une distance minimale pour fournir une plus grande capacité de couplage;

Une description d'exemple d'empilement d'un panneau de deux à huit couches est présentée ci - dessous:

1. Empilement de carte PCB simple face et carte PCB double face

Pour les panneaux à double couche, il n'y a plus de problème de laminage en raison du petit nombre de couches. Le contrôle du rayonnement EMI est principalement considéré en termes de câblage et de disposition;

Quelles sont les règles pour la conception d'empilement de PCB

Les problèmes de compatibilité électromagnétique des plaques monocouches et des plaques bicouches sont de plus en plus importants. La principale cause de ce phénomène est la surface excessive de la boucle de signal, qui produit non seulement un rayonnement électromagnétique intense, mais rend également le circuit sensible aux perturbations extérieures. Pour améliorer la compatibilité électromagnétique du circuit, le moyen le plus simple est de réduire la surface de boucle du signal critique.

Signaux critiques: du point de vue de la compatibilité électromagnétique, les signaux critiques se réfèrent principalement aux signaux qui génèrent un rayonnement intense et aux signaux sensibles au monde extérieur. Les signaux susceptibles de générer un rayonnement intense sont généralement des signaux périodiques, par example des signaux d'ordre inférieur d'horloge ou d'adresse. Les signaux sensibles aux interférences sont des signaux analogiques de niveau inférieur.

Les plaques simples et doubles sont généralement utilisées pour les conceptions analogiques à basse fréquence jusqu'à 10khz:

1) les traces d'alimentation sur la même couche sont câblées radialement et la longueur totale de la ligne est minimisée;

2) Lorsque vous utilisez le cordon d'alimentation et le fil de terre, ils doivent être proches l'un de l'autre; Placez un fil de terre à côté du fil de signal de la clé, qui doit être aussi proche que possible du fil de signal. De cette manière, une zone de boucle plus petite est formée et la sensibilité du rayonnement de mode différentiel aux perturbations extérieures est réduite. Lorsque vous ajoutez un fil de terre à côté de la ligne de signal, une boucle de la plus petite surface est formée, et le courant de signal va certainement prendre cette boucle plutôt que d'autres chemins de fil de terre.

3) s'il s'agit d'une carte à double couche, vous pouvez suivre la ligne de signal de l'autre côté de la carte et poser le fil de terre juste en dessous de la ligne de signal, le premier fil doit être aussi large que possible. L'aire de boucle ainsi formée est égale à l'épaisseur de la carte multipliée par la longueur de la ligne de signal.

Stratification à deux et quatre couches

1. SIG - GNd (PWR) - PWR (GNd) - SIG; 2. GNd - SIG (PWR) - SIG (PWR) - GNd;

Pour les deux conceptions de stratifié ci - dessus, le problème potentiel est l'épaisseur de plaque traditionnelle de 1,6 mm (62 mil). L'espacement des couches peut devenir très important, ce qui n'est pas seulement préjudiciable au contrôle d'impédance, au couplage inter - couches et au blindage; En particulier, le grand écartement entre les plans de masse de l'alimentation diminue la capacité de la plaque et n'est pas favorable au filtrage du bruit.

Pour le premier schéma, il est généralement appliqué dans le cas où il y a plus de puces sur la carte. Ce schéma permet d'obtenir de meilleures performances si, mais n'est pas très bon pour les performances EMI. Il est principalement contrôlé par le câblage et d'autres détails. Remarque principale: la couche de terre est placée sur la couche de connexion de la couche de signal la plus dense en signaux, favorisant l'absorption et la suppression du rayonnement; Augmentez la surface de la plaque pour refléter la règle 20h.

Pour la deuxième solution, il est généralement utilisé lorsque la densité de puce sur la carte est suffisamment faible et qu'il y a une surface suffisante autour de la puce (la couche de cuivre d'alimentation requise est placée). Dans ce schéma, 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 à large ligne, ce qui peut rendre l'impédance du chemin du courant d'alimentation plus faible, l'impédance du chemin de la microbande du signal est également plus faible, et le rayonnement du signal de la couche interne peut également être masqué par la couche externe. Du point de vue du contrôle EMI, c'est la meilleure structure de PCB à 4 couches actuellement disponible.

Remarque: les deux couches intermédiaires de signal et de mélange de puissance doivent être séparées et la direction de câblage doit être verticale pour éviter la diaphonie; La surface de la plaque doit être contrôlée de manière appropriée pour refléter la règle 20h; Si vous souhaitez contrôler l'impédance du câblage, la solution ci - dessus doit être très soigneusement arrangée pour que le câblage place le cuivre sous l'alimentation et la mise à la terre. En outre, le cuivre sur l'alimentation ou la couche de mise à la terre doit être interconnecté autant que possible pour assurer les connexions DC et basse fréquence.

Stratification à trois, six couches

Pour une conception avec une densité de puce plus élevée et une fréquence d'horloge plus élevée, la conception du panneau à 6 couches doit être considérée, la méthode d'empilement est recommandée:

1. SIG - GNd - SIG - PWR - GNd - SIG; Avec ce schéma, un tel schéma d'empilement permet d'obtenir une meilleure intégrité du signal, la couche de signal étant adjacente à la couche de terre, la couche de puissance et la couche de terre étant appariées, l'impédance de chaque couche de trace étant mieux contrôlée et les deux couches de terre absorbant bien les lignes de champ magnétique. Il peut fournir un meilleur chemin de retour pour chaque couche de signal lorsque les couches d'alimentation et de mise à la terre sont intactes.

2. GNd - SIG - GNd - PWR - SIG - GNd; Avec ce schéma, qui n'est applicable que si la densité de dispositifs n'est pas très élevée, un tel empilement présente tous les avantages d'un empilement supérieur et d'un empilement inférieur; la couche de terre est relativement complète et peut servir de meilleur blindage. Il est à noter que la couche de puissance doit être proche des couches qui ne sont pas la surface du composant principal, car le plan de la couche inférieure sera plus complet. Les performances EMI sont donc supérieures à celles de la première solution.

Résumé: pour un schéma à six couches, la distance entre la couche d'alimentation et la couche de terre doit être minimisée pour obtenir un bon couplage d'alimentation et de terre. Cependant, bien que l'épaisseur de la plaque soit de 62 mil et que l'espacement des couches soit réduit, il n'est pas facile de limiter l'espacement entre l'alimentation principale et la couche de terre. En comparant le premier programme avec le deuxième, le coût du deuxième programme augmentera considérablement. Par conséquent, nous choisissons généralement la première option lorsque nous empilons. Lors de la conception, suivez la règle 20h et la conception de la couche miroir.

Empilement de quatre et huit couches de panneaux

1. En raison de la mauvaise absorption électromagnétique et de la grande impédance d'alimentation, ce n'est pas une bonne méthode de laminage. Sa structure est la suivante:

1. Surface de l'élément Signal1, couche de câblage microruban

Couche de câblage microruban interne 2.signal2, meilleure couche de câblage (direction X)

3. Mise à la terre

Couche de routage de ligne de ruban 4.signal3, meilleure couche de routage (Direction y)

5. Couche de routage de ligne de bande de signal 4

6. Puissance

7. Couche de câblage microruban interne signal5

8. Couche de trace de microruban signal6

2. C'est une variante de la troisième méthode d'empilement. Il a de meilleures performances EMI grâce à l'ajout de la couche de référence et permet un bon contrôle de l'impédance caractéristique de chaque couche de signal.

Surface de l'élément 1.signal1, couche de câblage microruban, bonne couche de câblage

2. Formation, avec une meilleure capacité d'absorption des ondes électromagnétiques

3. Couche de câblage de ligne de ruban signal2, bonne couche de câblage

4. La couche d'alimentation et la couche de terre ci - dessous forment une bonne absorption électromagnétique 5. Niveau du sol

6. Couche de routage de ruban signal3, bonne couche de routage

7. Couche d'alimentation, grande impédance d'alimentation

8. Signal4 microruban couche de câblage, bonne couche de câblage

3. La meilleure méthode de superposition, avec une très bonne capacité d'absorption géomagnétique en raison de l'utilisation de plans de référence de sol multicouches.

Surface de l'élément 1.signal1, couche de câblage microruban, bonne couche de câblage

2. Formation, avec une meilleure capacité d'absorption des ondes électromagnétiques

3. Couche de câblage de ligne de ruban signal2, bonne couche de câblage

4. La couche d'alimentation et la couche de terre ci - dessous forment une bonne absorption électromagnétique 5. Niveau du sol

6. Couche de routage de ruban signal3, bonne couche de routage

7. Formation, avec une meilleure capacité d'absorption des ondes électromagnétiques

8. Signal4 microruban couche de câblage, bonne couche de câblage

Le nombre de couches utilisées pour la conception de PCB et la méthode d'empilement utilisée dépendent de nombreux facteurs tels que le nombre de réseaux de signaux sur la carte, la densité du dispositif, la densité du code PIN, la fréquence du signal, la taille de la carte, etc. nous devons considérer ces facteurs ensemble. Pour les cas où il y a plus de réseaux de signaux, plus de densités de dispositifs, plus de densités de pin et plus de fréquences de signaux, il faut utiliser autant de conceptions multicouches que possible. Pour obtenir de bonnes performances EMI, il est préférable de s'assurer que chaque couche de signal a sa propre couche de référence.