PCB Tecnico - Principi che devono essere rispettati nella progettazione di laminati PCB

Quando si progetta un PCB (circuito stampato), uno dei problemi più basilari che devono essere considerati è quanti strati di cablaggio, piani di terra e piani di potenza sono necessari per raggiungere le funzioni richieste dal circuito e gli strati di cablaggio, piani di terra e alimentatori del circuito stampato La determinazione del numero di strati del piano è correlata a requisiti quali la funzione del circuito, l'integrità del segnale, EMI, EMC e i costi di produzione. Per la maggior parte dei progetti, ci sono molti requisiti contrastanti nei requisiti di prestazioni PCB, costo obiettivo, tecnologia di produzione e complessità del sistema. Il design del laminato PCB è solitamente determinato da un compromesso dopo aver considerato vari fattori. I circuiti digitali ad alta velocità e i circuiti radio adottano solitamente i disegni di schede multistrato.

Gli 8 principi a cui prestare attenzione nella progettazione a cascata sono elencati di seguito:

1. Stratificazione

In un PCB multistrato, di solito contiene uno strato di segnale (S), un piano di potenza (P) e un piano di terra (GND). Il piano di potenza e il piano di terra sono solitamente piani solidi senza divisioni. Forniranno un buon percorso di ritorno della corrente a bassa impedenza per la corrente delle tracce di segnale adiacenti. Lo strato di segnale si trova principalmente tra questi strati di piano di riferimento di potenza o terra, formando una stripline simmetrica o una stripline asimmetrica. Gli strati superiori e inferiori di un PCB multistrato sono solitamente utilizzati per posizionare componenti e un piccolo numero di tracce. Queste tracce di segnale non devono essere troppo lunghe per ridurre la radiazione diretta generata dalle tracce.

2. Determinare il piano di riferimento di potenza singolo (piano di potenza)

L'uso di condensatori di disaccoppiamento è una misura importante per risolvere l'integrità di potenza. I condensatori di disaccoppiamento possono essere posizionati solo sugli strati superiori e inferiori del PCB. Le tracce, i pad e i vias dei condensatori di disaccoppiamento influenzeranno seriamente l'effetto dei condensatori di disaccoppiamento. Ciò richiede che le tracce che collegano i condensatori di disaccoppiamento devono essere il più corto e largo possibile durante la progettazione, e i fili collegati ai vias dovrebbero anche mantenerlo il più breve possibile. Ad esempio, in un circuito digitale ad alta velocità, è possibile posizionare il condensatore di disaccoppiamento sullo strato superiore del PCB, assegnare il secondo strato al circuito digitale ad alta velocità (come un processore) come livello di potenza, utilizzare il terzo strato come livello di segnale e utilizzare il quarto strato come livello di segnale. Impostato come circuito digitale ad alta velocità.

Inoltre, cerca di assicurarti che le tracce del segnale guidate dallo stesso dispositivo digitale ad alta velocità utilizzino lo stesso livello di potenza del piano di riferimento e questo livello di alimentazione sia lo strato di alimentazione del dispositivo digitale ad alta velocità.

3. Determinare il piano di riferimento multi-potenza

Il piano di riferimento multi-potenza sarà diviso in diverse aree fisiche con tensioni diverse. Se il livello del segnale è vicino al livello dell'alimentazione multipla, la corrente del segnale sul livello del segnale vicino incontrerà un percorso di ritorno indesiderato, causando lacune nel percorso di ritorno. Per i segnali digitali ad alta velocità, questa progettazione irragionevole del percorso di ritorno può causare gravi problemi, quindi è necessario che il cablaggio del segnale digitale ad alta velocità sia lontano dal piano di riferimento multi-potenza.

4. Determinare più piani di riferimento al suolo (piani di terra)

I piani di riferimento a terra multipli (piani a terra) possono fornire un buon percorso di ritorno della corrente a bassa impedenza, che può ridurre l'EMl in modalità comune. Il piano di terra e il piano di potenza dovrebbero essere strettamente accoppiati e lo strato di segnale dovrebbe anche essere strettamente accoppiato con il piano di riferimento adiacente. Ciò può essere ottenuto riducendo lo spessore del mezzo tra gli strati.

5. Progettare ragionevolmente la combinazione di cablaggio

I due strati attraversati da un percorso del segnale sono chiamati una "combinazione di cablaggio". La migliore combinazione di cablaggio è evitare che la corrente di ritorno fluisca da un piano di riferimento ad un altro, ma da un punto (superficie) di un piano di riferimento ad un altro punto (superficie). Per completare il cablaggio complesso, la conversione strato a strato delle tracce è inevitabile. Quando si passa tra gli strati del segnale, assicurarsi che la corrente di ritorno possa scorrere senza intoppi da un piano di riferimento all'altro. In un design, è ragionevole utilizzare strati adiacenti come combinazione di cablaggio. Se un percorso del segnale deve coprire più livelli, di solito non è un progetto ragionevole usarlo come combinazione di cablaggio, perché un percorso attraverso più livelli non è liscio per la corrente di ritorno. Anche se è possibile ridurre il rimbalzo del terreno posizionando condensatori di disaccoppiamento vicino ai vias o riducendo lo spessore del dielettrico tra i piani di riferimento, non è un buon disegno.

6. Impostare la direzione del cablaggio

Sullo stesso livello di segnale, dovrebbe essere garantito che la maggior parte delle direzioni di cablaggio siano coerenti e dovrebbero essere ortogonali alla direzione di cablaggio degli strati di segnale adiacenti. Ad esempio, la direzione di cablaggio di uno strato di segnale può essere impostata come direzione "asse Y" e la direzione di cablaggio di un altro strato di segnale adiacente può essere impostata come direzione "asse X".

7. Adottare la struttura di livello pari-numerata

Si può scoprire dallo stack PCB progettato che quasi tutti i modelli classici di stack sono strati numerati pari, non strati numerati dispari. Questa emergenza è causata da molti fattori, come mostrato di seguito.

Si può capire dal processo di produzione del circuito stampato che tutti gli strati conduttivi nel circuito stampato sono salvati sullo strato centrale. Il materiale dello strato centrale è generalmente un superstrato bifacciale. Quando lo strato centrale è completamente utilizzato, lo strato conduttivo del circuito stampato Il numero è pari.

I circuiti stampati numerati uniformemente presentano vantaggi in termini di costi. A causa della mancanza di uno strato di dielettrico e rame, il costo della materia prima del circuito stampato numerato dispari è leggermente inferiore al costo del circuito stampato numerato pari. Tuttavia, poiché i circuiti stampati numerati dispari devono aggiungere un processo di incollaggio non standard dello strato centrale laminato sulla base del processo di struttura dello strato centrale, il costo di elaborazione dei circuiti stampati numerati dispari è significativamente superiore a quello dei circuiti stampati numerati pari. Rispetto alla struttura ordinaria dello strato centrale, l'aggiunta di rame alla struttura dello strato centrale comporterà una diminuzione dell'efficienza produttiva e un ciclo di produzione prolungato. Prima della laminazione e dell'incollaggio, lo strato centrale esterno ha bisogno di ulteriori lavorazioni, il che aumenta il rischio di graffi e incisione errata dello strato esterno. Il trattamento aggiuntivo dello strato esterno aumenterà notevolmente il costo di produzione.

Quando il circuito stampato è nel processo di incollaggio del circuito multistrato, quando gli strati interni ed esterni sono raffreddati, diverse tensioni di laminazione causeranno la piegatura del circuito stampato a gradi diversi. Inoltre, man mano che aumenta lo spessore del circuito stampato, aumenta il rischio di piegatura del circuito stampato composito con due strutture diverse. I circuiti stampati numerati dispari sono facili da piegare e i circuiti stampati numerati uniformemente possono evitare la flessione del circuito stampato.

Quando si progetta, se un numero dispari di livelli è impilato, è possibile utilizzare il seguente metodo per aumentare il numero di livelli.

Se lo strato di alimentazione del circuito stampato di progettazione è un numero pari e lo strato di segnale è un numero dispare, il metodo di aggiunta di uno strato di segnale può essere adottato. Lo strato di segnale aggiunto non porterà ad un aumento dei costi, ma può abbreviare i tempi di elaborazione e migliorare la qualità del circuito stampato.

Se si progetta il circuito stampato con un numero dispare di strati di potenza e un numero pari di strati di segnale, è possibile utilizzare il metodo di aggiungere un livello di potenza. E un altro metodo semplice è quello di aggiungere uno strato di terra al centro della pila senza cambiare altre impostazioni, cioè di instradare il circuito stampato su uno strato numerato dispari prima, e quindi copiare uno strato di terra al centro.

Nei circuiti a microonde e nei circuiti misti (diverse costanti dielettriche), uno strato di segnale vuoto può essere aggiunto vicino al centro dello stack del circuito stampato per ridurre al minimo lo squilibrio dello stack.

8. Considerazioni sui costi

In termini di costo di produzione, con la stessa area PCB, il costo di un circuito stampato multistrato è sicuramente superiore a quello di un circuito stampato monostrato e doppio strato, e più strati, maggiore è il costo. Ma quando si considera la realizzazione delle funzioni del circuito e la miniaturizzazione del circuito e garantendo l'integrità del segnale, EMl, EMC e altri indicatori di prestazione, i circuiti stampati multistrato dovrebbero essere utilizzati il più possibile. Valutazione completa, la differenza di costo tra i circuiti stampati multistrato e i circuiti stampati monostrato non sarà molto più alta del previsto.