PCB 뉴스 - 고속 PCB 설계의 스태킹 문제

고속 회로가 계속 등장함에 따라 PCB 보드의 복잡성은 점점 더 높아지고 있습니다.전기적 요인의 간섭을 피하기 위해서는 신호층과 전원층을 분리해야 하기 때문에 다층 PCB의 설계와 관련된다.레이어의 정렬은 다중 레이어의 설계에서 특히 중요합니다.좋은 스태킹 설계는 EMI 및 인터럽트의 영향을 크게 줄일 수 있습니다.다음 토론에서는 스택 설계가 고속 회로의 전기 성능에 어떻게 영향을 미치는지 구체적으로 분석합니다.

하나다층판과 동층(평면)은 일반 PCB 패널에 비해 다층판 설계에서 필요한 신호 배선층을 추가하는 것 외에 독립된 전원과 접지층(동층)을 배치하는 것이 가장 중요하다.고속 디지털 회로 시스템에서 전원과 접지를 사용하여 이전의 전원과 접지선을 대체하는 장점은 주로 디지털 신호의 전환에 안정적인 참고 전압을 제공하는 것이다.동시에 각 논리 부품에 균일하게 전력을 공급하여 신호 사이의 교란을 효과적으로 억제한다. 그 이유는 대면적의 구리를 전원과 접지층으로 사용하여 전원과 접지 사이의 저항을 크게 낮추어 전원층의 전압을 매우 균일하고 안정적으로 하기 때문이다.각 신호선에 대응하는 긴밀한 접지 평면을 확보할 수 있다. 또한 신호선의 특성 임피던스를 낮춰 직렬 교란을 줄이는 데도 효과적이다.따라서 일부 하이엔드 고속 회로 설계의 경우 PC133 엔클로저 PCB 보드에 대한 인텔의 요구 사항과 같은 6 계층 (또는 그 이상) 스태킹 솔루션을 사용해야 한다고 명시되어 있습니다.이는 주로 다층판의 전기특성과 전자기복사에 대한 억제, 심지어 물리적, 기계적 손상에 저항하는 능력이 저층PCB판보다 훨씬 우수함을 고려한것이다.비용 요소를 고려한다면 PCB 보드의 비용은 계층 수뿐만 아니라 단위 면적 경로설정의 밀도와 관련이 있기 때문에 계층 수가 많을수록 가격이 비싸지는 않습니다.층수를 줄이면 배선공간이 불가피하게 줄어들어 흔적선의 밀도를 증가시키고 심지어 선폭을 줄이고 간격을 단축하여 설계요구를 낮추지 않으면 안된다.일반적으로 이러한 비용 증가는 스태킹을 줄여 절감하는 비용을 초과할 수 있습니다.게다가 전기 성능이 악화되면 이런 방법은 종종 역효과를 낸다.따라서 디자이너의 경우 여러 가지 측면에서 고려해야 한다.

둘접지층이 고주파 하부 신호에 미치는 영향 만약 우리가 PCB 마이크로밴드 배선을 전송선 모델로 삼는다면 접지층도 전송선의 일부로 간주될 수 있다.여기서"회로"의 개념은"땅"의 개념을 대체하는 데 사용할 수 있습니다.접지 구리층은 사실상 신호선로의 귀환경로이다.전원층과 접지층은 대량의 디커플링 콘덴서로 연결되어 있다.교류의 경우 전원층과 접지층은 같은 효과로 간주될 수 있다.저주파와 고주파 아래의 전류 회로는 어떤 차이가 있습니까?다음 그림에서 볼 수 있듯이, 저주파에서는 전류가 저항이 가장 적은 경로를 따라 환류하고, 고주파에서는 전류가 가장 작은 경로를 따라 흐른다.회로 회류도 저항이 가장 적은 경로로 회로 전류가 집중되어 신호 흔적선 아래에 직접 분포한다.고주파에서 도선이 접지층에 직접 배치될 때 비교적 짧은 회로가 존재하더라도 회로전류는 반드시 원시신호경로하의 배선층으로부터 직접 신호원으로 류입되여야 한다.이 경로에는 최소 임피던스, 즉 인덕션이 있습니다.최소 및 최대 용량.큰 커패시터 결합을 통해 전장을 억제하고, 작은 전감 결합을 통해 자기장을 억제해 낮은 저항을 유지하는 이런 방법을 자가차폐라고 한다.다음 공식은 신호선 아래 반환 경로의 전류 밀도가 여러 가지 조건에 따라 변화하는 법칙을 반영한다. 이 공식에서 결론을 얻을 수 있다. 전류 회로에서 신호선과 가까운 위치일수록 전류 밀도가 크다.이 경우 전체 루프의 면적이 가장 작고 감전도 가장 작다.이와 동시에 신호선과 환로가 아주 가깝다면 량자의 전류는 대체로 같으며 방향은 상반된다고 상상할수 있다.외부 공간에서 발생하는 자기장은 서로 상쇄할 수 있기 때문에 외부 세계에 대한 EMI도 매우 작다.따라서 각 신호 경로설정 레이어에 스택 배치에 해당하는 밀접한 접지층이 있는지 확인하는 것이 좋습니다.지금은 지평면상의 교란 문제를 고려한다.고주파 디지털 회로에서 직렬 교란의 주요 원인은 전감 결합의 결과이다.위의 루프 전류 밀도 분포 공식에서 볼 수 있듯이 여러 신호선이 상대적으로 가까울 때 상호 루프 전류가 중첩됩니다.이때 둘 사이의 자기장은 불가피하게 서로 간섭하여 교란 소음을 발생시킨다.직렬 교란 전압의 크기는 신호선 사이의 거리 D, 접지 평면의 높이 H 및 계수 K와 관련이 있습니다. 다음 그림과 같이 공식에서 K는 신호의 상승 시간 및 상호 교란 신호선의 길이와 관련이 있습니다.스택 구성의 경우 신호층과 접지층 사이의 거리를 단축하면 접지층의 교란을 효과적으로 줄일 수 있다는 것은 의심할 여지가 없다.실제 PCB 레이아웃에서는 이러한 문제가 자주 발생합니다.전원과 접지층의 구리 부설에 주의하지 않으면 구리 부설 구역에 고립된 홈이 생길 수 있다.이 경우 일반적으로 오버홀이 발생합니다.분리 영역 또는 오버홀 설계가 잘못되었기 때문입니다 (그림 참조).그 결과 상승 시간을 늦추고 루프 면적을 증가시켜 전기 감각을 증가시켜 불필요한 직렬 교란과 EMI가 발생하기 쉽다.우리는 반드시 이런 현상을 피해야 한다.회로 전류의 우회로 인해 증가하는 전감은 크게 L=5Dln(D/W) D는 신호선에서 슬롯이 끊어진 가장 가까운 끝까지의 수직거리를 나타내며, W는 흔적선의 선폭을 나타낸다.

셋몇 가지 전형적인 중첩 방안과 분석은 상술한 기본 지식을 이해한 후에 우리는 상응하는 중첩 설계 방안을 그릴 수 있다.일반적으로 다음 규칙을 최대한 준수하십시오.

동층은 마땅히 짝을 지어 배치해야 한다.예를 들어, 6층판의 2층, 5층 또는 3층, 4층은 구리여야 합니다.불균형한 구리 층이 회로 기판의 꼬임 변형을 초래할 수 있기 때문에 공정에서 균형 구조에 대한 요구 사항입니다.신호층과 구리층은 간격을 두고 배치해야 하며 각 신호층은 적어도 하나의 구리층과 린접할수 있는것이 가장 좋다.전원 공급 장치와 접지층 사이의 거리를 줄이면 전력 안정성과 EMI 절감에 도움이 됩니다.속도가 매우 빠른 경우 신호 레이어를 격리하기 위해 추가 접지층을 추가할 수 있지만 불필요한 소음 방해를 초래할 수 있는 전원 레이어를 더 이상 추가하지 않는 것이 좋습니다.그러나 이 같은 여러 요소를 동시에 충족시킬 수는 없는 실정이다.이 시점에서 우리는 비교적 합리적인 해결 방안을 고려해야 한다.다음은 몇 가지 전형적인 중첩 설계 방안을 분석했다. 먼저 4층판의 중첩 구조 설계를 분석했다.일반적으로 더 복잡한 고속 회로의 경우 물리적, 전기적 특성에 많은 불안정 요소가 있기 때문에 4 레이어 보드를 사용하지 않는 것이 좋습니다.4 레이어를 설계해야 하는 경우 전원 신호 접지로 설정하는 것이 좋습니다.더 나은 솔루션은 바깥쪽은 두 겹으로 접지하고 안쪽은 두 겹의 전원 코드와 신호선을 사용하는 것입니다.이 솔루션은 4 계층 구조 설계에 가장 적합한 계층형 솔루션입니다.EMI에 좋은 억제 작용을 하며 신호선의 임피던스를 낮추는 데도 매우 유익하다.밀도가 높은 보드일수록 경로설정이 어렵습니다.다음은 6층 플레이트의 스태킹 설계에 중점을 둡니다.현재 많은 회로 기판은 메모리 모듈 PCB 기판을 설계하는 등 6층판 기술을 채택하고 있다.이들 대부분은 6 레이어를 사용합니다 (고용량 엔클로저는 10 레이어를 사용할 수 있음).가장 전통적인 6층판 스택은 다음과 같이 배열되여있다. 즉 신호접지신호, 전원신호.임피던스 컨트롤의 관점에서 볼 때, 이러한 배치는 합리적이지만, 전원 공급 장치가 지평면에서 멀리 떨어져 있기 때문에 상대적으로 상대적이다. 작은 공통 모델 EMI의 방사선 효과는 그다지 좋지 않다.구리 영역을 레이어 3과 레이어 4로 변경하면 신호 임피던스 제어 불량과 차형 EMI 강도가 발생할 수 있습니다.또 다른 방안은 접지층을 늘리는 것이다. 배치는 신호 접지 신호 전원 접지 신호이다. 이렇게 하면 임피던스 제어의 각도에서든 EMI를 낮추는 각도에서든 고속 신호 무결성 설계에 필요한 환경을 실현할 수 있다.그러나 레이어의 스택이 불균형하다는 단점이 있습니다.세 번째 층은 신호 경로설정 층이지만 그에 상응하는 네 번째 층은 넓은 면적의 구리를 가진 전력 층이다.이 경우 PCB 제조에서 몇 가지 문제가 발생할 수 있습니다.설계할 때 3층의 모든 빈 영역을 구리로 덮어 근사 평형 구조의 효과를 실현할 수 있다.더 복잡한 회로 구현에는 10층판 기술이 필요하다.10층 PCB 보드는 매우 얇은 절연 전매질 층을 가지고 있으며 신호 층은 접지 평면에 매우 가깝다.이러한 방식으로 레이어 간의 임피던스 변화가 잘 제어됩니다.일반적으로 설계자는 심각한 스태킹 설계 오류가 발생하지 않는 한 고품질의 고속 회로 기판 설계를 쉽게 완료할 수 있습니다.만약 배선이 매우 복잡하고 더 많은 배선층이 필요하다면, 우리는 스택을 다음과 같이 설정할 수 있다: 신호 접지 신호 전원 신호 신호, 물론 이런 상황은 우리가 가장 좋은 것은 아니다.네, 우리는 신호 흔적선을 소량의 층에 배치하도록 요구하지만, 중복된 접지층으로 다른 신호층을 격리해야 합니다.그래서 더 흔히 볼 수 있는 스택 방안은 신호-지신호-신호-전원-지신호이다. 여기서 세 개의 접지층을 사용하고 한 개의 전원만 사용하는 것을 볼 수 있다. (우리는 한 개의 전원만 고려한다.)이는 전력층이 지평면층과 같은 임피던스 제어 효과를 가지고 있음에도 불구하고 전력층의 전압이 더 큰 간섭을 받고 고차공파가 더 많으며 외부의 EMI에도 강하기 때문에 신호와 함께 움직이기 때문이다.전선층처럼 접지층에 차단되는 것이 좋다.또한 여분의 전력층을 사용하여 격리할 경우 회로 전류는 반드시 디커플링 콘덴서를 통해 접지 평면에서 전력 평면으로 전환해야 한다.이렇게 하면 디커플링 콘덴서의 과도한 전압 강하는 불필요한 소음 효과를 초래할 것이다.

사개요 PCB 스태킹 설계에서 발생한 몇 가지 문제에 대해서만 설명합니다.구체적인 상황은 실제 상황에 근거하여 확정해야 한다.능력 범위 내에서는 일반적으로 신호의 질과 비용을 고려해야 한다.상술한 이론원리에 근거하여 층압방안을 설계하는 동시에 우리는 각 층의 방향, 신호층 전원선의 너비의 정의 및 디커플링 콘덴서의 배치 등 기타 일부 배선원리를 고려하여 배합해야 한다.여러 가지 요소를 종합적으로 고려해야만 최종적으로 성능이 더 좋은 회로판을 설계할 수 있다.

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