Technologie PCB - À propos du choix de la structure empilée PCB design

Avant de concevoir un PCB multicouche, les concepteurs de PCB doivent d'abord déterminer la structure de la carte utilisée en fonction de la taille du circuit, de la taille de la carte et des exigences de compatibilité électromagnétique (CEM), c'est - à - dire décider d'utiliser une carte multicouche de 4, 6 ou plus. Après avoir déterminé le nombre de couches, on détermine où les couches électriques internes sont placées et comment les différents signaux sont répartis sur ces couches. C'est le choix de la structure empilée multicouche PCB. La structure stratifiée est un facteur important affectant les performances EMC de la carte PCB et un moyen important de supprimer les interférences électromagnétiques. Cette section présentera le contenu connexe de la structure d'empilement de PCB multicouche. Après avoir déterminé le nombre de couches d'alimentation, de mise à la terre et de signal, leur arrangement relatif est un sujet que chaque ingénieur PCB ne peut éviter.

1. Principes généraux de la disposition des couches de carte de circuit imprimé:

1. Pour déterminer la structure stratifiée de la carte PCB multicouche, de nombreux facteurs doivent être pris en compte. Du point de vue du câblage, plus il y a de couches, meilleur est le câblage, mais le coût et la difficulté de fabrication de la carte augmentent également. Pour les fabricants, si la structure stratifiée est symétrique ou non est un point important à prendre en compte lors de la fabrication d'une carte PCB, de sorte que le choix du nombre de couches doit tenir compte de tous les aspects des besoins pour un équilibre optimal.

2. La partie inférieure (deuxième couche) de la surface de l'élément est le plan de masse qui fournit le blindage du dispositif et le plan de référence pour le câblage supérieur; La couche de signal sensible doit être adjacente à la couche électrique interne (alimentation interne / couche de terre), en utilisant un grand film de cuivre de couche électrique interne pour protéger la couche de signal. La couche de transmission de signaux à grande vitesse dans le circuit doit être une couche intermédiaire de signaux, prise en sandwich entre 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 sans provoquer de perturbations externes.

3. Toutes les couches de signal aussi près que possible du plan de sol.

4. Essayez d'éviter que les deux couches de signal soient directement adjacentes; Il est facile d'introduire une diaphonie entre les couches de signal adjacentes, ce qui entraîne une défaillance fonctionnelle du circuit. L'ajout d'un plan de masse entre les deux couches de signal permet d'éviter efficacement la diaphonie.

5. L'alimentation principale est aussi proche que possible.

6. Considérez la symétrie de la structure stratifiée.

2. Structure d'empilement couramment utilisée dans la conception de PCB:

4 couches de panneaux

Un exemple de panneau à 4 couches est utilisé ci - dessous pour illustrer comment optimiser la disposition et la combinaison de différentes structures stratifiées.

Il existe plusieurs méthodes d'empilage (de haut en bas) pour les panneaux à 4 couches couramment utilisés:

(1) siganl [1] (en haut), GNd [1] (en intérieur), Power (en intérieur), siganl [2] (en bas).

(2) siganl 1 (en haut), alimentation (interne 1), GNd (interne 2), siganl 2 (en bas).

(3) alimentation (en haut), signal 1 (interne 1), GNd (interne 2), signal 2 (en bas).

Il est clair que le schéma 3 manque d'un couplage efficace entre la couche d'alimentation et la couche de terre et ne devrait pas être adopté.

Alors, comment choisir les options 1 et 2? Dans des circonstances normales, le concepteur choisira l'option 1 comme structure pour un panneau de 4 couches. La raison du choix n'est pas que l'option 2 ne peut pas être adoptée, mais que la carte PCB en général ne place que les éléments sur la couche supérieure, il est donc plus approprié d'adopter l'option 1. Cependant, lorsqu'il est nécessaire de placer des composants à la fois dans la couche supérieure et dans la couche inférieure, et que l'épaisseur diélectrique entre la couche interne d'alimentation et la couche de masse est importante et le couplage est faible, il est nécessaire de considérer quelle couche a le moins de lignes de signal. Pour l'option 1, la couche inférieure a moins de lignes de signal et peut être couplée à la couche Power à l'aide d'un film de cuivre de grande surface; Inversement, si les composants sont principalement disposés au rez - de - chaussée, l'option 2 doit être utilisée pour fabriquer la carte.

6 couches de panneaux

Après avoir terminé l'analyse de la structure empilée de 4 couches, l'arrangement et la combinaison de 6 couches et la méthode préférée sont illustrés ci - dessous à l'aide d'un exemple de combinaison de 6 couches. (1) sigan 1 (haut), GNd (intérieur 1), sigan 2 (intérieur 2), sigan 3 (intérieur 3), Power (intérieur 4), sigan 4 (Bas). La solution 1 utilise 4 couches de signal et 2 couches d'alimentation / terre internes. Il a plus de couches de signal qui favorisent le travail de câblage entre les composants. Cependant, les inconvénients de cette solution sont également plus évidents et se manifestent dans les deux aspects suivants.

1. La couche d'alimentation et la couche de mise à la terre sont séparées très loin et ne sont pas suffisamment couplées.

2. Les couches de signal siganl 2 (Inner 2) et siganl 3 (Inner 3) sont directement adjacentes, de sorte que l'isolation du signal n'est pas bonne et que la diaphonie se produit facilement. (2) siganl 1 (en haut), siganl 2 (en intérieur 1), Power (en intérieur 2), GNd (en intérieur 3), siganl 3 (en intérieur 4) et siganl 4 (en bas).

Par rapport à l'option 1, la couche d'alimentation et la couche de terre de l'option 2 sont parfaitement couplées, ce qui présente certains avantages par rapport à l'option 1. Cependant, les couches de signal de siganl 1 (en haut) et siganl 2 (Inner 1) et siganl 3 (Inner 4) et siganl 4 (en bas) sont directement connectées. Adjacent, le signal n'est pas bien isolé et le problème de la diaphonie facile n'a pas été résolu.

(3) siganl 1 (en haut), GNd (interne 1), siganl 2 (interne 2), Power (interne 3), GNd.

Par rapport aux options 1 et 2, l'option 3 a une couche de signal en moins et une couche électrique interne en plus. Bien que les couches disponibles pour le câblage soient réduites, cette solution résout les défauts courants des solutions 1 et 2.

1. Le plan d'alimentation et le plan de masse sont étroitement couplés.

2. Chaque couche de signal est directement adjacente à la couche électrique interne et efficacement isolée des autres couches de signal, pas facile à diaphonie.

3. Siganl 2 (Inner 2) est adjacent à deux couches électriques internes GNd (Inner 1) et Power (Inner 3) qui peuvent être utilisées pour transmettre des signaux à grande vitesse. Les deux couches électriques internes permettent de masquer efficacement les interférences extérieures avec la couche siganl 2 (Inner 2) et les interférences extérieures avec la couche siganl 2 (Inner 3).

Dans l'ensemble, l'option 3 est clairement celle qui est la plus optimisée. Dans le même temps, le schéma 3 est également une structure stratifiée couramment utilisée pour les panneaux à 6 couches.

10 couches de panneaux

Conception typique de carte PCB 10 couches

L'ordre général de câblage est top - - - GNd - - - Signal Layer - - - Power Layer - - - GNd - - - Power Layer - - - Signal Layer - - - GNd - - - bottom

L'ordre de câblage lui - même n'est pas nécessairement fixe, mais il existe des normes et des principes qui le limitent: par exemple, les couches adjacentes de la couche supérieure et de la couche inférieure utilisent le GNd pour assurer les caractéristiques CEM du placage; Par example, chaque couche de signal utilise de préférence la couche GNd comme plan de référence; L'alimentation électrique utilisée dans l'ensemble du placage est préférentiellement posée sur un bloc entier de cuivre; Sensibilité, vitesse élevée, tendance à sauter le long de la couche interne, etc.

Iii. Cas d'amélioration de la structure stratifiée de conception de PCB

Le problème

Le produit dispose de 8 groupes de ports réseau et de ports optiques. Au cours du test, il a été constaté que le débogage du signal entre le huitième Groupe de ports optiques et la puce a échoué, ce qui a entraîné l'échec du débogage du port optique 8, qui n'a pas fonctionné, et les 7 autres groupes de ports optiques ont communiqué normalement.

1. Problèmes de confirmation

Confirmer, sur la base des informations fournies par le client, que les deux lignes d'impédance différentielle entre le port optique 8 de la couche l6 et la puce 8 ne peuvent pas être déboguées;

Selon les informations fournies par le client, il est confirmé que les deux lignes d'impédance différentielle entre le port optique 8 de la couche l6 et la puce 8 ne peuvent pas être déboguées

2. Empilage et exigences de conception fournies par le client

Améliorer l'effet

Le problème de défaillance du système causé par la diaphonie a été résolu en ajustant la structure de l'empilement de PCB et en augmentant la distance entre les couches de signal adjacentes de la couche l56.