PCB 블로그 - PCB 보드 스택을 설계하는 방법

PCB 보드의 각 레이어는 전기 동작을 결정하는 데 특정 역할을 합니다.신호 평면 레이어는 구성 요소 간에 전원 및 전기 신호를 전송하지만 내부 레이어에 구리 평면을 올바르게 배치하지 않으면 제대로 작동하지 않을 수 있습니다.신호 레이어 외에도 PCB 보드에는 전원과 접지 평면이 필요하며, 새 보드가 제대로 작동하도록 PCB 보드 스택에 배치해야 합니다.그렇다면 전원, 접지, 신호층은 어디에 놓을까요?이것은 PCB 보드 설계에서 오랫동안 존재해 온 논쟁 중 하나이며, 설계자는 보드의 예상 적용, 구성 요소의 기능 및 보드의 신호 공차를 신중하게 고려하도록 강요합니다.임피던스 변화, 디더링, 전압 텍스쳐 및 PDN 임피던스 및 인터럽트 억제에 대한 제한을 이해하면 보드에 배치할 신호 레이어와 평면 레이어의 올바른 정렬을 확인할 수 있습니다.설계 의도를 현실화하려면 올바른 PCB 보드 설계 도구 세트가 필요합니다.간단한 이중 레이어 보드를 만들거나 수십 개의 레이어가 있는 고속 PCB를 만들려면 PCB 보드 설계 소프트웨어가 모든 애플리케이션에 적합해야 합니다.

신호 평면 스택을 정의할 때 엔트리급 설계자는 일을 극대화하는 경향이 있을 수 있습니다.그들은 단지 두 겹의 판자 또는 한 개의 전용 층의 작은 바늘땀만 필요로 한다.정답은 회로기판의 네트워크 수, 회로에서 수용할 수 있는 문양/떨림 수준, 혼합 신호의 존재 등에 따라 달라진다. 일반적으로 개념 검증이 시험판에서 잘 작동한다면 이중 회로기판에서 원하는 레이아웃 기술을 사용할 수 있어 회로기판이 작동할 가능성이 높다.대부분의 경우 고속 신호에 대해 EMI 억제를 제공하기 위해 전력망 접지 방법을 사용해야 할 수도 있습니다.고속 또는 고주파 (또는 둘 다) 로 실행되는 더 복잡한 장치의 경우 전원 평면 1개, 접지 평면 1개, 신호 평면 2개 등 최소 4개의 PCB 보드 스택이 필요합니다.필요한 신호의 평면 계층 수를 결정할 때 가장 먼저 신호망의 수와 신호 사이의 근사 너비와 간격을 고려합니다.스택에 필요한 신호 레이어 수를 추정하려면 다음 두 가지 기본 단계를 수행합니다.

순수 계수 결정: 원리도와 제안된 보드 크기에 따라 간단한 순수 계수를 사용하여 보드에 필요한 신호층 수를 추정할 수 있습니다.층수는 일반적으로 분수 (순 * 이력선 폭) / (판 폭) 에 비례합니다.다시 말해서, 더 넓은 흔적선을 가진 더 많은 네트워크는 판을 더 크게 만들거나 더 많은 신호층을 사용해야 한다.주어진 보드 크기에 모든 네트워크를 수용하는 데 필요한 정확한 신호 레이어의 개수를 결정하려면 이 경험을 기본적으로 사용해야 합니다.

평면 레이어 추가: 신호 레이어에 대한 제어 임피던스 라우팅을 설정해야 하는 경우 이제 각 제어 임피던스 신호 레이어에 대한 참조 레이어를 배치해야 합니다.어셈블리가 밀집되어 있는 경우 표면 레이어에 전원 레일을 수용할 공간이 부족하기 때문에 어셈블리 레이어 아래에 전원 평면을 설정해야 합니다.이로 인해 순가치가 높은 HDI 보드에 필요한 표면 레이어의 수가 두 자릿수에 달할 수 있지만 참조 레이어는 차폐되고 일관된 특성 임피던스를 제공합니다.다중 레이어의 올바른 레이어가 결정되면 PCB 레이어의 레이어를 계속 정렬할 수 있습니다.

PCB 스태킹 설계

PCB 스태킹 설계의 다음 단계는 각 레이어를 정렬하여 동선 경로를 제공하는 것입니다.층압판은 보통 중심심을 중심으로 대칭적으로 배열하여 고온에서 조립하고 운반하는 과정에서 구부러지는 것을 방지한다.평면 및 신호 레이어의 배치는 임피던스 제어를 위해 다양한 이력 배치에 특정 방정식을 사용해야 하므로 임피던스 제어 경로설정에 매우 중요합니다.소프트 조합 설계의 경우 조합에서 소프트 영역에 대해 다른 영역을 정의해야 합니다.Allegro의 중첩 설계 도구는 이 프로세스를 간단하게 만듭니다.원리도가 빈 PCB 보드 레이아웃으로 캡처되면 레이어 스택을 정의할 수 있으며 다른 레이어를 통한 변환을 정의할 수 있습니다.그런 다음 제어 임피던스 라우팅에 필요한 이력 크기를 계속 결정할 수 있습니다.

마이크로밴드 및 마이크로밴드 및 제어 임피던스

임피던스를 제어하려면 두 평면층 사이의 안쪽에 경로설정된 흔적선을 설계하기 위해 밴드선 임피던스 방정식을 사용해야 합니다.이 방정식은 리본 선에 특정 특성 임피던스 값이 있는 데 필요한 형상을 정의합니다.방정식에는 임피던스를 결정하는 세 개의 다른 형상 매개변수가 있기 때문에 주어진 보드 두께의 레이어 두께를 결정하기 때문에 필요한 레이어 수를 먼저 결정하기가 쉽습니다.내부 신호 평면층의 구리 무게는 일반적으로 0.5 또는 1온스/평방 피트입니다. 이는 특정 특성 임피던스를 결정하기 위해 이력선 너비를 매개 변수로 사용합니다.같은 과정은 표면층의 미대선에도 적용된다.레이어 두께와 구리 중량을 결정한 후에는 특성 임피던스를 정의하는 이력 너비만 결정하면 됩니다.PCB 보드 설계 도구에는 특성 임피던스를 정의하는 데 도움이 되는 임피던스 계산기가 포함되어 있습니다.임피던스 계산기는 차동 쌍을 사용해야 하는 경우 각 층의 흔적선을 차동 쌍으로 정의하기만 하면 흔적선 사이의 정확한 간격을 결정합니다.실제 판에 배선할 때, 그것들은 용량이나 전감을 다른 흔적선과 도체에 결합시킬 수 있다.부근의 도체에서 온 기생용량과 전감은 실제 배치중의 흔적선저항을 개변시킨다.스택의 모든 계층에서 임피던스 대상에 도달했는지 확인하려면 선택한 신호 네트워크 전체의 임피던스를 추적하는 임피던스 분석 도구가 필요합니다.PCB 보드 레이아웃에서 허용할 수 없는 큰 변화가 나타나면 트래킹을 빠르게 선택하고 경로를 조정하여 상호 연결에서 이러한 임피던스 변화를 제거할 수 있습니다.여기서 흔적선을 따라 큰 임피던스 변화는 빨간색으로 표시됩니다. 이 영역의 흔적선 사이의 간격을 조정하여 임피던스 변화를 제거하거나 허용 가능한 공차 범위 내에 두어야 합니다.설계 규칙에서 원하는 임피던스 공차를 정의할 수 있으며 배치 후 임피던스 계산기 도구는 필요한 임피던스 값에 따라 경로설정을 확인합니다.위의 토론에서 우리는 아날로그 시스템보다 요구 사항이 높기 때문에 디지털 신호만 연구했습니다.전체 아날로그 또는 혼합 신호판은 어떻습니까?아날로그 보드의 경우 전원 무결성은 훨씬 쉽지만 신호 무결성은 훨씬 어렵습니다.혼합 신호판의 경우 여기에 설명된 아날로그 방법과 위에 표시된 숫자 방법을 결합해야 합니다.

디지털 신호의 대역폭은 일정한 고주파까지 확장할 수 있으며, 일반적으로 각 주파수를 이진 신호의 주파수로 한다.모서리 주파수는 약 0.35/(상승 시간)이며 상승 시간이 1ns인 신호의 경우 모서리 주파수는 350MHz입니다.20ps 정도로 빠른 디지털 신호의 경우 변곡점 주파수가 현재 17.5GHz까지 확장되었습니다. 아날로그 신호의 경우 대역폭이 훨씬 좁습니다. 대역폭 내의 전력 평면 임피던스와 삽입/반환 손실만 걱정하면 됩니다.따라서 전원 무결성 및 신호 무결성이 더욱 쉬워집니다.대역폭 외부에 있는 신호 체인의 손실 또는 높은 PDN 임피던스는 무시할 수 있습니다.

신호 격리

또 다른 선택은 더 공격적이며 판의 다른 부분 간의 격리를 보장하기 위해 접지 구리 가루를 사용하거나 울타리를 통과해야합니다.만약 당신이 아날로그 흔적선 옆에 접지 주입을 한다면, 당신은 방금 고격리성을 가진 공통면 전도를 만들었는데, 그것은 라우팅 고주파 아날로그 신호의 흔한 선택이다.울타리나 다른 고주파 전도 격리 구조를 사용하려면 전자장 해결기를 사용하여 격리를 검사하고 다른 신호층에서 격리를 선택해야 하는지 확인해야 한다.

반품 계획

보드에 아날로그와 디지털 신호를 혼합하면 접지 회로의 변위 전류와 디지털과 아날로그 보드 부분 간의 격리를 추적하는 데 엄격한 요구를 제기했다.보드의 레이아웃은 아날로그 회로가 디지털 컴포넌트 근처에서 교차하지 않도록 해야 합니다.이것은 숫자와 아날로그 신호를 서로 다른 층으로 분리하여 각각의 접지 평면에서 분리할 뿐이다.비용 증가에도 불구하고 서로 다른 부품 간의 격리를 보장합니다.아날로그 구성 요소가 AC 전원에서 나오는 경우 전용 아날로그 전원 기판이 필요할 수 있습니다.전기 전자 장비 외에는 드문 일이지만 개념적으로 복귀 경로 계획을 분석 할 수만 있다면 쉽게 처리 할 수 있습니다.아날로그 출력 부분이 업스트림에 배치되고 디지털 신호 부분과 분리되면 단일 출력 평면은 두 신호에 전용될 수 있습니다.회로 계획이 정확하면 서로 다른 전원 공급 장치와 접지 부분 간의 간섭을 방지할 수 있습니다.스위치 안정기가 있는 직류 전원 부분의 경우 직류 부분의 스위치 소음은 PCB 보드의 디지털 신호가 아날로그 신호와 분리되어야 하는 것처럼 AC 부분과 분리되어야 합니다.