PCB Tecnico - Per quanto riguarda la scelta della struttura dello stack di progettazione PCB

Prima di progettare un PCB multistrato, il progettista PCB deve prima determinare la struttura del circuito utilizzato in base alla scala del circuito, alle dimensioni del circuito e ai requisiti di compatibilità elettromagnetica (EMC), cioè decidere se utilizzare 4 strati, 6 strati o più circuiti multistrato. Dopo aver determinato il numero di strati, determinare dove posizionare gli strati elettrici interni e come distribuire diversi segnali su questi strati. Questa è la scelta della struttura di stack PCB multistrato. La struttura laminata è un fattore importante che influisce sulle prestazioni EMC della scheda PCB ed è anche un mezzo importante per sopprimere le interferenze elettromagnetiche. Questa sezione introdurrà il contenuto pertinente della struttura di stack PCB multistrato. Dopo aver determinato il numero di strati di potenza, terra e segnale, la loro disposizione relativa è un argomento che ogni ingegnere PCB non può evitare.

1. Principi generali per la disposizione degli strati del circuito stampato:

1. Per determinare la struttura laminata della scheda PCB multistrato, molti fattori devono essere considerati. Dal punto di vista del cablaggio, più strati, migliore è il cablaggio, ma anche il costo e la difficoltà della produzione di schede aumenteranno. Per i produttori, se la struttura laminata è simmetrica o meno è l'attenzione che deve essere prestata quando vengono prodotte schede PCB, quindi la scelta del numero di strati deve considerare le esigenze di tutti gli aspetti per ottenere il miglior equilibrio.

2. il fondo della superficie del componente (il secondo strato) è il piano di terra, che fornisce lo strato di schermatura del dispositivo e il piano di riferimento per il cablaggio superiore; lo strato sensibile del segnale dovrebbe essere adiacente a uno strato elettrico interno (strato di potenza interna/terra), utilizzando il grande strato elettrico interno pellicola di rame per fornire schermatura per lo strato del segnale. Lo strato di trasmissione del segnale ad alta velocità nel circuito dovrebbe essere uno strato intermedio del segnale e inserito tra due strati elettrici interni. In questo modo, il film di rame dei due strati elettrici interni può fornire schermatura elettromagnetica per la trasmissione del segnale ad alta velocità e, allo stesso tempo, può limitare efficacemente la radiazione del segnale ad alta velocità tra i due strati elettrici interni senza causare interferenze esterne.

3. Tutti gli strati di segnale sono il più vicino possibile al piano di terra.

4. Cercate di evitare due strati di segnale direttamente adiacenti l'uno all'altro; è facile introdurre crosstalk tra gli strati di segnale adiacenti, con conseguente guasto della funzione del circuito. L'aggiunta di un piano di terra tra i due livelli di segnale può efficacemente evitare il crosstalk.

5. L'alimentatore principale è il più vicino possibile ad esso.

6. Prendere in considerazione la simmetria della struttura laminata.

2. struttura impilabile comunemente utilizzata nella progettazione PCB:

Scheda a 4 strati

Di seguito viene utilizzato un esempio di tavola a 4 strati per illustrare come ottimizzare la disposizione e la combinazione di varie strutture laminate.

Per le schede a 4 strati comunemente usate, ci sono diversi metodi di impilamento (dall'alto al basso):

(1) Siganl_1 (Top), GND (Inner_1), POWER (Inner_2), Siganl_2 (Bottom).

(2) Siganl_1 (Top), POWER (Inner_1), GND (Inner_2), Siganl_2 (Bottom).

(3) POWER (Top), Siganl_1 (Inner_1), GND (Inner_2), Siganl_2 (Bottom).

Ovviamente, lo schema 3 manca di un accoppiamento efficace tra lo strato di potenza e lo strato di terra e non dovrebbe essere adottato.

Quindi come dovrebbero essere selezionate le opzioni 1 e 2? In circostanze normali, i progettisti sceglieranno l'opzione 1 come struttura della scheda a 4 strati. La ragione della scelta non è che l'opzione 2 non può essere adottata, ma che la scheda PCB generale posiziona solo i componenti sullo strato superiore, quindi è più opportuno adottare l'opzione 1. Tuttavia, quando i componenti devono essere posizionati sia sugli strati superiori che inferiori e lo spessore dielettrico tra lo strato di potenza interno e lo strato di terra è grande e l'accoppiamento è povero, è necessario considerare quale strato ha meno linee di segnale. Per l'opzione 1, ci sono meno linee di segnale sullo strato inferiore e una pellicola di rame di grande area può essere utilizzata per accoppiarsi con lo strato POWER; Al contrario, se i componenti sono disposti principalmente sullo strato inferiore, si dovrebbe utilizzare l'opzione 2 per realizzare la scheda.

Scheda a 6 strati

Dopo aver completato l'analisi della struttura impilata della scheda a 4 strati, il seguente utilizza un esempio della combinazione della scheda a 6 strati per illustrare la disposizione e la combinazione della scheda a 6 strati e il metodo preferito. (1) Siganl_1 (Top), GND (Inner_1), Siganl_2 (Inner_2), Siganl_3 (Inner_3), POWER (Inner_4), Siganl_4 (Bottom). La soluzione 1 utilizza 4 strati di segnale e 2 strati interni di potenza/terra. Ha più strati di segnale, che è favorevole al lavoro di cablaggio tra i componenti. Tuttavia, i difetti di questa soluzione sono anche più evidenti, che si manifestano nei due aspetti seguenti.

1. Lo strato di potenza e lo strato di terra sono separati lontano e non sufficientemente accoppiati.

2. Il livello di segnale Siganl_2 (Inner_2) e Siganl_3 (Inner_3) sono direttamente adiacenti, quindi l'isolamento del segnale non è buono e il crosstalk è facile da verificare. (2) Siganl_1 (Top), Siganl_2 (Inner_1), POWER (Inner_2), GND (Inner_3), Siganl_3 (Inner_4), Siganl_4 (Bottom).

Rispetto allo schema 1, lo strato di potenza e lo strato di terra sono completamente accoppiati nello schema 2, che presenta alcuni vantaggi rispetto allo schema 1. Tuttavia, il livello di segnale di Siganl_1 (Top) e Siganl_2 (Inner_1) e Siganl_3 (Inner_4) e Siganl_4 (Bottom) sono collegati direttamente. Adiacente, l'isolamento del segnale non è buono, il problema di incline al crosstalk non è stato risolto.

(3) Siganl_1 (Top), GND (Inner_1), Siganl_2 (Inner_2), POWER (Inner_3), GND (Inner_4), Siganl_3 (Bottom).

Rispetto allo schema 1 e allo schema 2, lo schema 3 ha uno strato di segnale in meno e uno strato elettrico interno in più. Sebbene lo strato disponibile per il cablaggio sia ridotto, questo schema risolve i difetti comuni dello schema 1 e dello schema 2.

1. Il piano di potenza e il piano di terra sono strettamente accoppiati.

2. Ogni strato di segnale è direttamente adiacente allo strato elettrico interno ed è efficacemente isolato da altri strati di segnale e crosstalk non è facile da verificarsi.

3. Siganl_2 (Inner_2) è adiacente ai due strati elettrici interni GND (Inner_1) e POWER (Inner_3), che possono essere utilizzati per trasmettere segnali ad alta velocità. I due strati elettrici interni possono efficacemente proteggere l'interferenza dal mondo esterno allo strato Siganl_2 (Inner_2) e l'interferenza da Siganl_2 (Inner_2) al mondo esterno.

A livello globale, lo schema 3 è ovviamente quello più ottimizzato. Allo stesso tempo, lo schema 3 è anche una struttura laminata comunemente utilizzata per pannelli a 6 strati.

Scheda a 10 strati

Progettazione tipica della scheda PCB a 10 strati

La sequenza generale di cablaggio è TOP--GND---livello di segnale---livello di potenza---GND---livello di segnale---livello di potenza---livello di segnale---GND---BOTTOM

La sequenza di cablaggio in sé non è necessariamente fissa, ma ci sono alcuni standard e principi per limitarla: ad esempio, gli strati adiacenti dello strato superiore e inferiore utilizzano GND per garantire le caratteristiche EMC della singola scheda; ad esempio, ogni livello di segnale utilizza preferibilmente il livello GND come piano di riferimento; l'alimentatore utilizzato nell'intera scheda singola è preferibilmente posato su un intero pezzo di rame; Il sensibile, ad alta velocità, e preferito andare lungo lo strato interno lungo il salto, e così via.

Tre, caso laminato di miglioramento della struttura di progettazione PCB

domanda

Il prodotto ha 8 gruppi di porte di rete e porte ottiche. Durante il test, è stato scoperto che il debug del segnale tra l'ottavo gruppo di porte ottiche e il chip non è riuscito, il che ha portato al fallimento della porta ottica 8 per il debug e non poteva funzionare, e gli altri 7 gruppi di porte ottiche comunicano normalmente.

1. Confermare il problema

Secondo le informazioni fornite dal cliente, è confermato che le due linee di impedenza differenziale tra la porta ottica L6 layer 8 e il chip 8 non possono essere debugged;

Secondo le informazioni fornite dal cliente, è confermato che le due linee di impedenza differenziale tra la porta ottica 8 e il chip 8 sullo strato L6 non possono essere debugged

2. Impilazione e requisiti di progettazione forniti dai clienti

Migliora l'effetto

Regolando la struttura dello stack PCB per aumentare la distanza tra gli strati di segnale adiacenti dello strato L56, il problema di guasto del sistema causato dal crosstalk è risolto.