PCB Tecnico - Progettazione del cablaggio della tecnologia elettromagnetica PCB

I circuiti stampati sono le parti di supporto dei componenti del circuito e dei dispositivi nei prodotti elettronici. Fornisce collegamenti elettrici tra componenti del circuito e dispositivi ed è il componente più base di vari dispositivi elettronici. Attualmente, i circuiti integrati su larga e molto grande scala sono stati ampiamente utilizzati nelle apparecchiature elettroniche e la densità di montaggio dei componenti sul circuito stampato sta aumentando e la velocità di trasmissione del segnale sta diventando sempre più veloce. Anche i problemi EMC causati da ciò stanno diventando sempre più evidenti. I circuiti stampati sono divisi in schede monofacciali (schede monostrato), schede doppie (schede a doppio strato) e schede multistrato. Le schede singole e doppie sono solitamente utilizzate per cavi a bassa e media densità e circuiti di integrazione a bassa, mentre le schede multistrato PCB utilizzano cavi ad alta densità e circuiti ad alta integrazione. Le schede singole e doppie non sono adatte per circuiti ad alta velocità e il cablaggio singolo e doppio lato non può soddisfare i requisiti dei circuiti ad alte prestazioni. Lo sviluppo della tecnologia di cablaggio multistrato offre la possibilità di risolvere i problemi di cui sopra e le sue applicazioni stanno diventando sempre più diffuse.

Caratteristiche del cablaggio multistrato.

Il circuito stampato è composto da materiali dielettrici organici ed inorganici ed ha una struttura multistrato. Gli strati sono collegati da vias. Attraverso la placcatura o i materiali metallici di riempimento possono realizzare la conduzione del segnale elettrico tra gli strati. A causa delle seguenti caratteristiche, il cablaggio multistrato è stato ampiamente utilizzato:

Nella scheda multistrato sono forniti uno strato di alimentazione dedicato e uno strato di filo di terra. Lo strato di potenza può essere utilizzato come fonte di rumore per ridurre le interferenze; Allo stesso tempo, lo strato di potenza può fornire un loop per tutti i segnali del sistema per eliminare le interferenze comuni di accoppiamento di impedenza. Ridurre l'impedenza della linea di alimentazione nel sistema di alimentazione elettrica, riducendo così l'interferenza di impedenza comune.

(2) Le schede multistrato utilizzano uno strato di terra speciale e tutte le linee di segnale hanno fili di terra speciali. Le caratteristiche della linea del segnale: impedenza stabile, buona corrispondenza, riducono la distorsione della forma d'onda causata dalla riflessione; Utilizzare uno strato di terra speciale, aumentare la capacità distribuita tra la linea di segnale e la linea di terra e ridurre la crosstalk.

In terzo luogo, il design laminato del circuito stampato.

Regole di cablaggio della scheda PCB.

L'analisi della compatibilità elettromagnetica della scheda multistrato può essere effettuata secondo la legge di Kirchhoff e la legge di Faraday. Secondo la legge di Kirchhoff, qualsiasi segnale di trasmissione temporale dalla sorgente del segnale al carico deve avere il percorso di impedenza più basso.

I PCB con schede multistrato sono solitamente utilizzati in sistemi ad alta velocità e ad alte prestazioni, dove schede multistrato possono essere utilizzate per l'alimentazione in corrente continua (DC) o piani di riferimento a terra. Poiché ci sono abbastanza strati come strati di potenza o terra, questi piani di solito non sono divisi in piani solidi, quindi non è necessario posizionare tensioni DC diverse nello stesso strato. Questo livello servirà da loop di corrente di ritorno al segnale sulla linea di trasmissione adiacente. Costruire un loop di corrente a bassa impedenza è l'obiettivo primario di questo tipo di strato planare EMC.

Gli strati del segnale sono distribuiti tra gli strati fisici del piano di riferimento e possono essere stripline simmetriche o stripline asimmetriche. La struttura e il layout della scheda multistrato sono descritti con una scheda a 12 strati come esempio. La sua struttura gerarchica è T-P-S-P-S-P-B, dove T è lo strato più alto, P è il piano di riferimento, S è lo strato del segnale e B è lo strato più basso. Dall'alto verso il basso, ci sono 1 strato, 2 strati, ..., 12 strati. Come i pad superiori e inferiori del componente, il segnale non può essere trasmesso su una lunga distanza tra il superiore e il inferiore, che può ridurre la radiazione diretta della traccia. Le linee di segnale incompatibili dovrebbero essere isolate l'una dall'altra, il cui scopo è quello di evitare interferenze di accoppiamento tra loro. Le linee di segnale digitali e analogiche ad alta frequenza e bassa frequenza, alta corrente e piccola corrente sono incompatibili. I componenti incompatibili dovrebbero essere posizionati in posizioni diverse sulla scheda stampata per la disposizione dei componenti e l'attenzione dovrebbe essere prestata all'isolamento delle linee di segnale quando li dispone. Tre aspetti dovrebbero essere affrontati nella progettazione:

Decidi quale livello di riferimento conterrà più regioni di potenza per diverse tensioni DC. Supponendo che l'undicesimo strato abbia tensioni CC multiple, il progettista deve tenere i segnali ad alta velocità il più lontano possibile dal decimo strato e dallo strato inferiore, perché la corrente del ciclo non può passare attraverso il piano di riferimento sopra il decimo strato e devono essere utilizzati condensatori di cucitura; terzo, il quinto, settimo e nono strato sono gli strati del segnale per i segnali ad alta velocità. Il routing dei segnali chiave dovrebbe essere organizzato in una direzione il più possibile, in modo che il numero di possibili canali di routing possa essere determinato sul livello di ottimizzazione. Le tracce del segnale tra gli strati dovrebbero essere perpendicolari l'uno all'altro, il che può ridurre l'interferenza di accoppiamento tra il campo elettrico e il campo magnetico. Il terzo e il settimo strato possono essere impostati con cablaggio "est-ovest", e il quinto e il nono strato possono essere impostati con cablaggio "sud-nord". Quale strato di tessuto dovrebbe essere basato sulla direzione in cui raggiunge la destinazione

(2) La modifica del numero di strati durante l'instradamento del segnale ad alta velocità e il livello utilizzato in un instradamento indipendente per garantire che la corrente di ritorno fluisca da un piano di riferimento al nuovo piano di riferimento richiesto. Ciò è per ridurre l'area del ciclo di segnale e ridurre la radiazione di corrente differenziale del ciclo e la radiazione corrente di modalità comune. L'intensità di radiazione del ciclo è proporzionale all'area del ciclo. Infatti, il miglior design non ha bisogno di cambiare la superficie di riferimento, solo un lato della superficie di riferimento deve essere cambiato e deve solo essere cambiato di nuovo all'altro lato. Ad esempio, una combinazione di livelli di segnale può essere utilizzata come coppie di livelli di segnale: nn. 3, 5, 7, e 9, in modo che le combinazioni di cablaggio possano essere formate nelle direzioni est-ovest e nord-sud. Ma la combinazione del terzo e nono strato non può essere utilizzata perché richiede che la corrente di ritorno fluisca dal quarto strato all'ottavo strato. Anche se il condensatore di disaccoppiamento può essere posizionato vicino alla via, perderà la sua funzione alle alte frequenze a causa della presenza del cavo e via induttanza. Tuttavia, tali tracce aumenteranno l'area del ciclo di segnale e ridurranno in modo sfavorevole la radiazione corrente.

(3) Selezionare la tensione CC dello strato di riferimento. In questo caso, a causa della velocità di elaborazione del segnale interno più veloce del processore, viene generato molto rumore sul pin di riferimento potenza/terra. Pertanto, è importante utilizzare condensatori di disaccoppiamento quando forniscono la stessa tensione CC al processore e utilizzano condensatori di disaccoppiamento nel modo più efficiente possibile. Il modo migliore per ridurre l'induttanza di questi componenti è collegare le tracce il più breve possibile, il più largo possibile, e le vie il più corte possibile e troppo spesse.

Quando il secondo strato è assegnato come "terra" e il quarto strato è assegnato come alimentatore del processore, più lontano è la distanza via, più breve dovrebbe essere lo strato superiore del processore e il condensatore di disaccoppiamento. La configurazione di riferimento del layout di progettazione a cascata è elencata nella tabella 1.

Regola 20-H, regola 3-W.

Ci sono due principi di base per determinare la distanza tra lo strato di alimentazione del condensatore della scheda multistrato e il bordo della scheda nel design del condensatore della scheda PCB multistrato e per risolvere la distanza tra le strisce stampate: metodo 20-H e metodo 3-W.

Principio 20-H: La corrente RF di solito esiste al bordo del piano di potenza. Ciò è dovuto alla connessione tra i flussi magnetici. Quando si utilizzano segnali logici digitali ad alta velocità e clock, le correnti RF sono accoppiate tra loro, come mostrato nella Figura 1. Per ridurre questo effetto, la dimensione fisica del piano di potenza dovrebbe essere almeno 20H più piccola della dimensione fisica più vicina al piano di terra (H è la distanza tra il piano di potenza e il piano di terra). L'effetto bordo del piano di potenza si verifica generalmente a circa 10H e a 20H, Circa il 10% del flusso magnetico è bloccato, se si desidera raggiungere il 98% del flusso magnetico, è richiesto un valore limite del 100%, come mostrato nella Figura 1. La regola 20-H determina la distanza fisica tra il piano di potenza e il piano di terra più vicino compreso lo spessore del laminato rivestito di rame, il pre-riempimento e lo strato di isolamento isolante. Utilizzando 20-H può aumentare la frequenza di risonanza del PCB.

Regola 3-W: Quando la distanza tra due linee stampate PCB è piccola, verrà generata una conversazione incrociata elettromagnetica, che influenzerà il normale funzionamento dei circuiti correlati. Per evitare questa interferenza, la distanza tra le linee stampate non dovrebbe essere inferiore a 3 volte, cioè non inferiore a 3W (W è la larghezza della linea di stampa). La larghezza della linea stampata è correlata ai requisiti di impedenza della linea. Troppo ampio influisce sulla densità del cablaggio, troppo stretto influisce sull'integrità del segnale e troppo stretto influisce sulla forza del terminale di trasmissione. Gli oggetti di base dell'applicazione del principio 3-W sono circuiti di clock, coppie differenziali e cablaggio della porta I/O. Il "principio 3-W" indica semplicemente il limite del flusso elettromagnetico al quale l'energia crosstalk si attenua del 70%. Se sono richiesti requisiti più elevati, ad esempio, il limite del flusso elettromagnetico al quale è garantita l'attenuazione del 98% dell'attenuazione dell'energia crosstalk deve essere pari a 10.