PCB Tecnico - Quali regole dovrebbero essere seguite nella progettazione di stack PCB

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 mantenere una distanza minima per fornire una capacità di accoppiamento più grande;

Il seguente elenco elenca lo stack dalla scheda a due strati alla scheda a otto strati per esempio spiegazione:

1. impilamento della scheda PCB su un lato e della scheda PCB su due lati

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;

Quali sono le regole per la progettazione di stack PCB

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 minimizzata;

2) Durante l'esecuzione dei cavi di alimentazione e di terra, dovrebbero essere vicini l'uno all'altro; Posizionare un cavo di terra accanto al 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 anello con l'area più piccola e la corrente del segnale prenderà sicuramente questo ciclo invece di altri percorsi di filo 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.

Laminati a due e quattro strati

1. SIG-GND(PWR)-PWR(GND)-SIG; 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 il controllo dell'impedenza, l'accoppiamento dello strato intermedio e la schermatura; In particolare, la grande distanza tra i piani di terra di potenza riduce la capacità della scheda e non favorisce il rumore filtrante.

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 favorevole ad assorbire e sopprimere la radiazione; aumentare l'area della tavola per riflettere la regola 20H.

Per il secondo schema, di solito viene utilizzato quando 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.

Nota: i due strati centrali di segnale e potenza misti dovrebbero essere separati e la direzione del cablaggio dovrebbe essere verticale per evitare crosstalk; l'area del bordo deve essere adeguatamente controllata per riflettere la regola 20H; Se si desidera controllare l'impedenza di cablaggio, la soluzione di cui sopra dovrebbe essere molto attenta a organizzare il cablaggio Pavare il rame sotto l'alimentazione e 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.

Laminato a tre strati

Per la progettazione con maggiore densità del chip e frequenza di clock più elevata, la progettazione del bordo a 6 strati dovrebbe essere considerata e il metodo di impilamento è raccomandato:

1. SIG-GND-SIG-PWR-GND-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, ciascuno L'impedenza dello strato di traccia può essere meglio controllata ed entrambi gli strati di terra possono 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. 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 tali strati superiori e inferiori Il piano di terra è relativamente completo e può essere utilizzato come migliore strato di schermatura. 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. Durante la progettazione, seguire la regola 20H e la progettazione della regola dello strato specchio.

Impilazione di schede a quattro e otto strati

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

1. superficie del componente Signal1, strato di cablaggio microstrip

2. Signal2 strato di cablaggio interno microstrip, migliore strato di cablaggio (direzione X)

3.Ground

4. Signal3 stripline routing layer, migliore routing layer (direzione Y)

5.Signal4 stripline routing layer

6.Potenza

7. Signal5 strato interno di cablaggio microstrip

8.Signal6 microstrip trace layer

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 Signal1, strato di cablaggio microstrip, buon strato di cablaggio

2. Strato di terra, migliore capacità di assorbimento delle onde elettromagnetiche

3. Signal2 strip line routing layer, buon strato di routing

4. strato di potere e lo strato di terra sotto forma eccellente assorbimento elettromagnetico 5. Strato di terra

6. Signal3 stripline routing layer, buon routing layer

7. Strato di alimentazione, con grande impedenza dell'alimentazione elettrica

8.Signal4 strato di cablaggio microstrip, buon strato di cablaggio

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 Signal1, strato di cablaggio microstrip, buon strato di cablaggio

2. Strato di terra, migliore capacità di assorbimento delle onde elettromagnetiche

3. Signal2 strip line routing layer, buon strato di routing

4. strato di potere e lo strato di terra sotto forma eccellente assorbimento elettromagnetico 5. Strato di terra

6. Signal3 stripline routing layer, buon routing layer

7. Strato di terra, migliore capacità di assorbimento delle onde elettromagnetiche

8.Signal4 strato di cablaggio microstrip, buon strato di cablaggio

Quanti strati di schede vengono utilizzati per la progettazione PCB e quale metodo di impilamento viene utilizzato 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.