PCB Tecnico - Il principio di selezione e impilamento degli strati PCB

Prima di progettare un circuito stampato PCB multistrato, il progettista 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 strati di circuiti stampati. 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.

La scelta del numero di strati e il principio di sovrapposizione

Ci sono molti fattori da considerare quando si determina la struttura laminata di un PCB multistrato. 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.

Per i progettisti esperti, dopo aver completato il pre-layout dei componenti, si concentreranno sull'analisi del collo di bottiglia del cablaggio PCB.

Combinare con altri strumenti EDA per analizzare la densità di cablaggio del circuito stampato; sintetizzare quindi il numero e i tipi di linee di segnale con requisiti di cablaggio speciali, come linee differenziali, linee di segnale sensibili, ecc., per determinare il numero di strati di segnale; poi in base al tipo di alimentazione, isolamento e anti-interferenza I requisiti per determinare il numero di strati elettrici interni. In questo modo, il numero di strati dell'intero circuito è fondamentalmente determinato.

Dopo aver determinato il numero di strati del circuito stampato, il compito successivo è quello di organizzare razionalmente l'ordine di posizionamento dei circuiti di ogni strato. In questa fase, i principali fattori che devono essere presi in considerazione sono i seguenti due punti.

(1) La distribuzione di strati speciali di segnale.

(2) Distribuzione dello strato di potenza e dello strato di terra.

Se il circuito stampato ha più strati, più tipi di strati speciali di segnale, strati di terra e strati di potenza sono disposti e combinati. Più difficile è determinare quale combinazione è la migliore, ma i principi generali sono i seguenti.

(1) Lo strato del segnale dovrebbe essere adiacente a uno strato elettrico interno (potere interno/strato di terra) e il grande film di rame dello strato elettrico interno è utilizzato per fornire schermatura per lo strato del segnale.

(2) Lo strato interno di potenza e lo strato di terra dovrebbero essere strettamente accoppiati, cioè lo spessore del mezzo tra lo strato interno di potenza e lo strato di terra dovrebbe essere un valore più piccolo per aumentare la capacità tra lo strato di potenza e lo strato di terra e aumentare la frequenza di risonanza. Lo spessore del mezzo tra lo strato di potenza interno e lo strato di terra può essere impostato nel Layer Stack Manager di Protel. Selezionare il comando [Design]/[Layer Stack Manager…], il sistema apre la finestra di dialogo Layer Stack Manager, fare doppio clic sul testo Prepreg con il mouse e viene visualizzata una finestra di dialogo. È possibile modificare lo spessore del livello isolante nell'opzione Spessore della finestra di dialogo.

Se la differenza di potenziale tra l'alimentazione elettrica e il filo di terra non è grande, può essere utilizzato uno spessore dello strato isolante più piccolo, come 5mil (0.127mm).

(3) Lo strato di trasmissione del segnale ad alta velocità nel circuito dovrebbe essere uno strato intermedio del segnale e infilato 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.

(4) Evitare due strati di segnale direttamente adiacenti l'uno all'altro. È facile introdurre il 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) Gli strati elettrici interni a terra multipli possono ridurre efficacemente l'impedenza di messa a terra. Ad esempio, lo strato di segnale A e lo strato di segnale B utilizzano piani di terra separati, che possono ridurre efficacemente le interferenze in modalità comune.

(6) Tenendo conto della simmetria della struttura dello strato.

Struttura di stack comunemente usata

Quanto segue utilizza un esempio di scheda a 4 strati per illustrare come ottimizzare la disposizione e la combinazione di varie strutture in laminato PCB.

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).