PCB Tecnico - Riferimento di stackup del circuito stampato

Riferimento di stackup del circuito stampato

Definizione dei termini: SIG: livello di segnale; GND: strato di terra; PWR: livello di potenza;

La disposizione di impilamento del circuito stampato è la base dell'intero design del sistema del PCB. Se il design laminato è difettoso, alla fine influenzerà le prestazioni EMC di tutta la macchina.

In generale, il design laminato deve rispettare due regole:

1. Ogni strato di cablaggio deve avere uno strato di riferimento adiacente (potere o strato di terra);

2. lo strato di potenza principale adiacente e lo strato di terra dovrebbero essere tenuti ad una distanza minima per fornire una capacità di accoppiamento più grande;

Le pile da schede a due strati a schede a dieci strati sono elencate di seguito:

2.1 Impilazione di pannelli singoli e doppi;

Per le schede a due strati, a causa del piccolo numero di strati, non c'è più un problema di laminazione. Il controllo delle radiazioni EMI è considerato principalmente dal cablaggio e dalla disposizione; i problemi di compatibilità elettromagnetica delle schede monostrato e a doppio strato stanno diventando sempre più evidenti. La ragione principale di questo fenomeno è che l'area del loop del segnale è troppo grande, il che non solo produce forti radiazioni elettromagnetiche, ma rende anche il circuito sensibile alle interferenze esterne. Per migliorare la compatibilità elettromagnetica del circuito, il modo più semplice è ridurre l'area loop del segnale chiave.

Segnale chiave: Dal punto di vista della compatibilità elettromagnetica, il segnale chiave si riferisce principalmente al segnale che genera forti radiazioni e al segnale che è sensibile al mondo esterno. Il segnale che può generare forti radiazioni è generalmente un segnale periodico, come un segnale di basso ordine di un orologio o di un indirizzo. I segnali sensibili alle interferenze sono segnali analogici con livelli inferiori.

Le schede a singolo e doppio strato sono solitamente utilizzate in progetti analogici a bassa frequenza inferiori a 10KHz:

1 Le tracce di potenza sullo stesso strato sono instradate radialmente e la lunghezza totale delle linee è ridotta al minimo;

2 Durante l'esecuzione dei cavi di alimentazione e di massa, dovrebbero essere vicini l'uno all'altro; Posizionare un cavo di terra sul lato del cavo di segnale chiave e questo cavo di terra dovrebbe essere il più vicino possibile al cavo di segnale. In questo modo, si forma un'area loop più piccola e si riduce la sensibilità della radiazione in modo differenziale alle interferenze esterne. Quando un cavo di massa viene aggiunto accanto al cavo di segnale, si forma un loop con l'area più piccola e la corrente del segnale prenderà sicuramente questo loop invece di altri fili di terra.

3 Se è un circuito stampato a doppio strato, è possibile posare un cavo di terra lungo il cavo di segnale dall'altro lato del circuito stampato, immediatamente sotto il cavo di segnale e il primo cavo dovrebbe essere il più largo possibile. L'area del loop formata in questo modo è uguale allo spessore del circuito stampato moltiplicato per la lunghezza della linea del segnale.

2.2 La pila di schede a quattro strati;

Metodo di impilamento raccomandato:

2.2.1 SIGGND(PWR)－PWR (GND)－SIG;

2.2.2 GND－SIG(PWR)－SIG(PWR)－GND;

Per i due disegni laminati di cui sopra, il problema potenziale è per lo spessore tradizionale del bordo da 1,6 mm (62mil). La spaziatura dello strato diventerà molto grande, che non è solo sfavorevole per controllare l'impedenza, l'accoppiamento tra strati e la schermatura; in particolare, la grande distanza tra i piani di terra di potenza riduce la capacità della scheda e non favorisce il filtraggio del rumore.

Per il primo schema, di solito viene applicato alla situazione in cui ci sono più chip sul tabellone. Questo schema può ottenere prestazioni SI migliori, che non è molto buono per le prestazioni EMI. È controllato principalmente da cablaggio e altri dettagli. Attenzione principale: Lo strato di terra è posto sullo strato di collegamento dello strato di segnale con il segnale più denso, che è utile per assorbire e sopprimere la radiazione; aumentare l'area del consiglio per riflettere la regola 20H.

Per la seconda soluzione, di solito viene utilizzato dove la densità del chip sulla scheda è abbastanza bassa e c'è abbastanza area intorno al chip (posizionare lo strato di rame di potenza richiesto). In questo schema, gli strati esterni del PCB sono tutti strati di terra e i due strati centrali sono strati di segnale / potenza. L'alimentazione elettrica sullo strato del segnale è instradata con una linea ampia, che può rendere bassa l'impedenza del percorso della corrente dell'alimentazione elettrica e anche l'impedenza del percorso del microscatto del segnale è bassa e la radiazione del segnale dello strato interno può anche essere schermata dallo strato esterno. Dal punto di vista del controllo EMI, questa è la migliore struttura PCB a 4 strati disponibile. Attenzione principale: la distanza tra i due strati centrali di segnale e gli strati di miscelazione di potenza dovrebbe essere ampliata e la direzione del cablaggio dovrebbe essere verticale per evitare crosstalk; l'area del bordo deve essere controllata in modo appropriato per rispecchiare la regola 20H; se l'impedenza di cablaggio deve essere controllata, la soluzione di cui sopra dovrebbe essere molto attenta a instradare i fili disposti sotto l'isola di rame per l'alimentazione elettrica e la messa a terra. Inoltre, il rame sull'alimentatore o sullo strato di terra dovrebbe essere interconnesso il più possibile per garantire la connettività DC e a bassa frequenza.

2.3 La pila di schede a sei strati;

Per la progettazione con più alta densità del chip e più alta frequenza dell'orologio, la progettazione della scheda a 6 strati dovrebbe essere considerata

Metodo di impilamento raccomandato:

2.3.1 SIG

Per questo tipo di schema, questo tipo di schema laminato può ottenere una migliore integrità del segnale, lo strato del segnale è adiacente allo strato di terra, lo strato di potenza e lo strato di terra sono accoppiati, l'impedenza di ogni strato di cablaggio può essere controllata meglio e due Lo strato è in grado di assorbire bene le linee di campo magnetico. E quando l'alimentazione elettrica e lo strato di terra sono intatti, può fornire un percorso di ritorno migliore per ogni livello di segnale.

2.3.2 GND－SIGGND－PWR－SIG －GND;

Per questo tipo di schema, questo tipo di schema è adatto solo alla situazione in cui la densità del dispositivo non è molto alta, questo tipo di laminazione ha tutti i vantaggi della laminazione superiore e il piano di terra degli strati superiori e inferiori è relativamente completo, che può essere utilizzato come uno strato di schermatura migliore da usare. Va notato che lo strato di potenza dovrebbe essere vicino allo strato che non è la superficie principale del componente, perché il piano dello strato inferiore sarà più completo. Pertanto, le prestazioni EMI sono migliori della prima soluzione.

Riassunto: Per lo schema del bordo a sei strati, la distanza tra lo strato di potenza e lo strato di terra dovrebbe essere minimizzata per ottenere una buona potenza e accoppiamento a terra. Tuttavia, anche se lo spessore della scheda è 62mil e la spaziatura dello strato è ridotta, non è facile controllare la spaziatura tra l'alimentazione principale e lo strato di terra per essere piccolo. Confrontando il primo regime con il secondo, il costo del secondo regime aumenterà notevolmente. Pertanto, di solito scegliamo la prima opzione quando impiliamo. Quando si progetta, seguire la regola 20H e la progettazione della regola dello strato specchio

2.4 Stack di schede a otto strati; nessuna registrazione richiesta

Le schede a otto strati di solito utilizzano i seguenti tre metodi di impilamento

2.4.1 Questo metodo di laminazione non è un buon metodo a causa del cattivo assorbimento elettromagnetico e della grande impedenza dell'alimentazione elettrica. La sua struttura è la seguente:

1 Segnale 1 Superficie del componente, strato di cablaggio microstrip

2 Segnale 2 strato di cablaggio interno microstrip, migliore strato di cablaggio (direzione X)

3 Terra

4 Segnale 3 Strato di routing Stripline, migliore strato di routing (direzione Y)

5 Segnale 4 Strato di routing Stripline

6 Potenza

7 Signal 5 strato di cablaggio interno microstrip

8 Segnale 6 Microstrip trace layer

2.4.2 è una variante del terzo metodo di impilamento. A causa dell'aggiunta dello strato di riferimento, ha migliori prestazioni EMI e l'impedenza caratteristica di ogni livello di segnale può essere ben controllata.

1 Superficie del componente, strato di cablaggio microstrip, buon strato di cablaggio

Strato di terra, buona capacità di assorbimento delle onde elettromagnetiche

3 Signal 2 Strato di routing Stripline, buon strato di routing

Strato di potenza 4, formando un eccellente assorbimento elettromagnetico con lo strato di terra sottostante

5 Terra

6 Signal 3 Strato di routing Stripline, buon strato di routing

Strato di terra di potere, con grande impedenza dell'alimentazione elettrica

8 Segnale 4 Microstrip strato di cablaggio, buon strato di cablaggio

2.4.3 Il miglior metodo di impilamento, grazie all'uso di piani di riferimento a terra multistrato, ha una capacità di assorbimento geomagnetico molto buona.

1 Superficie del componente, strato di cablaggio microstrip, buon strato di cablaggio

Strato di terra, buona capacità di assorbimento delle onde elettromagnetiche

3 Signal 2 Strato di routing Stripline, buon livello di routing Download ad alta velocità

Strato di potenza 4, formando un eccellente assorbimento elettromagnetico con lo strato di terra sottostante

5 Terra

6 Signal 3 Strato di routing Stripline, buon strato di routing

Strato di terra, buona capacità di assorbimento delle onde elettromagnetiche

8 Segnale 4 Microstrip strato di cablaggio, buon strato di cablaggio

2.5 Sintesi

Come scegliere quanti strati di schede sono utilizzati nella progettazione e come impilarli dipende da molti fattori come il numero di reti di segnale sulla scheda, la densità del dispositivo, la densità del PIN, la frequenza del segnale, la dimensione della scheda e così via. Per più reti di segnale, maggiore è la densità del dispositivo, maggiore è la densità del PIN e maggiore è la frequenza del segnale, il design della scheda multistrato dovrebbe essere utilizzato il più possibile. Per ottenere buone prestazioni EMI, è meglio assicurarsi che ogni livello di segnale abbia il proprio livello di riferimento.

Riferimento dello stack PCB:

Livello 2 S1 e terra, S2 e potenza

4 strati S1, terra, potenza, S2

6 strati S1, S2, terra, potenza, S3, S4

6 strati S1, terra, S2, S3, potenza, S4

6 strati S1, alimentazione elettrica, terra, S2, terra, S3

8 strati S1, S2, terra, S3, S4, potenza, S5, S6

8 strati S1, terra, S2, terra, potenza, S3, terra, S4

10 strati S1, terra, S2, S3, terra, potenza, S4, S5, terra, S6

10 strati S1, S2, potenza, terra, S3, S4, terra, potenza, S5, S6