PCB 기술 - PCB 계층 신호 평면 스택을 설계하는 방법

PCB의 각 계층은 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.신호층 외에도 PCB에는 전원과 접지층이 필요하며, 새로운 보드가 작동할 수 있도록 PCB 스택에 넣어야 한다.

전원 계층, 접지 계층 및 신호 계층은 어디에 배치됩니까?이것은 PCB 설계에서 오랫동안 논쟁 된 문제 중 하나이며 설계자가 보드의 예상 용도, 구성 요소의 기능 및 보드의 신호 허용 한도를 신중하게 고려하도록 강요합니다.임피던스 변화, 디더링, 전압 텍스쳐 및 PDN 임피던스 및 인터럽트 억제에 대한 제한을 이해하는 경우 보드에 배치할 신호 레이어와 평면 레이어의 정확한 정렬을 확인할 수 있습니다.

일반적으로 개념 검증이 시험판에서 이루어진다면 이중 보드에서 원하는 레이아웃 기술을 사용할 수 있습니다. 이 보드는 작동할 가능성이 높습니다.EMI 억제를 위해 고속 신호를 처리하기 위해 전력망 접지 방법을 사용해야 할 수도 있습니다.고속 또는 고주파 (또는 둘 다) 로 실행되는 더 복잡한 장치의 경우 전원 계층, 접지 계층 및 두 신호 계층을 포함하여 최소 네 개의 PCB 계층이 필요합니다.

필요한 신호 평면 계층 수를 결정할 때 먼저 신호 네트워크의 수와 신호 사이의 근사 폭과 간격을 고려합니다.스택에 필요한 신호 레이어 수를 추정하려면 다음 두 가지 기본 단계를 수행합니다.

순 계수 결정: 보드에 필요한 신호 레이어의 수는 간단한 순 계수로 추정할 수 있습니다.

e 는 의도와 제안된 보드 크기를 나타냅니다.일반적으로 층수는 분수 (순 * 선가중치) / (판가중치) 에 비례합니다.다시 말해서, 더 넓은 회선을 가진 더 많은 네트워크는 더 큰 보드 또는 더 많은 신호층을 필요로 한다.기본적으로, 주어진 보드 크기에 모든 네트워크를 수용하는 데 필요한 정확한 신호 레이어의 수를 결정하려면 이 경험을 사용해야 합니다.

플랫 레이어 추가: 제어 임피던스 경로설정 신호 레이어를 사용해야 하는 경우 이제 각 제어 임피던스 신호 레이어에 대한 참조 레이어를 배치해야 합니다.어셈블리가 많이 쌓이면 서피스 레이어에 전력 레일을 수용할 공간이 부족하기 때문에 어셈블리 레이어 아래에 전력 평면을 설정해야 합니다.이로 인해 순가치가 높은 HDI 보드에 필요한 표면 레이어의 수가 두 자릿수가 될 수 있지만 참조 레이어는 차폐되고 일관된 특성 임피던스를 제공합니다.

여러 레이어의 올바른 레이어 수가 결정되면 PCB 스택의 레이어 수를 계속 정렬할 수 있습니다.

PCB 계층 압력 설계

PCB 계층 구조 설계의 다음 단계는 경로설정을 위해 각 계층을 스케줄링하는 것입니다.접이식 필름은 일반적으로 중심 코어를 중심으로 대칭적으로 배열되어 고온에서 조립하고 조작하는 과정에서 꼬이는 것을 방지한다.평면 및 신호 레이어의 레이아웃은 임피던스 제어를 보장하기 위해 다양한 경로설정 스케줄에 특정 방정식을 사용해야 하므로 임피던스 제어 경로설정에 매우 중요합니다.

강성-유연성 레이어 프레스 설계의 경우 레이어 프레스에서 강성-유연성 영역에 대해 서로 다른 영역을 정의해야 합니다.Allegro의 중첩 설계 도구는 이 프로세스를 간단하게 만듭니다.원리도를 빈 PCB 레이아웃으로 캡처하면 레이어 스택을 정의하고 다른 레이어 간에 변환할 수 있습니다.그런 다음 제어 임피던스 경로설정에 필요한 경로설정 치수를 계속 결정할 수 있습니다.

밴드, 마이크로밴드 및 제어 임피던스

임피던스를 제어하려면 벨트 선 임피던스 방정식을 사용하여 두 평면층 사이의 내부 경로설정을 설계해야 합니다.이 방정식은 리본 선에 특정 특성 임피던스 값이 있는 데 필요한 형상 구조를 정의합니다.방정식에는 임피던스를 결정하는 세 개의 다른 기하학적 매개변수가 있기 때문에 주어진 보드 두께의 레이어 두께를 결정하기 때문에 필요한 레이어 수를 먼저 결정하는 것이 간단한 방법입니다.내부 신호 평면층의 구리 중량은 일반적으로 0.5 또는 1oz/평방 피트 - 선 너비를 매개변수로 사용하여 특정 특성의 임피던스를 결정합니다.

같은 과정은 표면층의 미대선에도 적용된다.레이어 두께와 구리 중량을 결정한 후에는 특성 임피던스를 정의하는 선가중치만 결정하면 됩니다.PCB 설계 도구에는 경로설정 크기를 결정하여 정의할 수 있는 임피던스 계산기가 포함되어 있습니다.

분형 임피던스.차쌍이 필요한 경우 각 레이어의 선을 차쌍으로 정의하면 임피던스 계산기가 선 사이의 정확한 간격을 결정합니다.

실제 보드에 배선하는 동안 이들은 다른 흔적선과 도체에 전기 결합 또는 전기 감각 결합을 할 수 있습니다.부근의 도체에서 온 기생용량과 전감은 실제 배치에서의 배선저항을 개변시킨다.스택의 모든 계층에서 임피던스 대상에 도달했는지 확인하려면 선택한 신호 네트워크 전체의 임피던스를 추적하는 임피던스 분석 도구가 필요합니다.PCB 레이아웃에서 허용할 수 없는 큰 변화가 나타나면 케이블을 빠르게 선택하고 케이블을 조정하여 상호 연결에서 이러한 임피던스 변화를 제거할 수 있습니다.

이력선을 따라 큰 임피던스 변화는 빨간색으로 표시됩니다. 이 영역 이력선 사이의 간격을 조정하여 임피던스 변화를 제거하거나 허용 가능한 공차 범위 내에 두어야 합니다.설계 규칙에서 원하는 임피던스 공차를 정의할 수 있으며, 레이아웃 후에는 임피던스 계산기 도구가 필요한 임피던스 값에 따라 케이블을 검사합니다.

위의 토론에서 우리는 아날로그 시스템보다 요구 사항이 높기 때문에 디지털 신호만 연구했습니다.전체 아날로그판이나 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.

신호 격리

다른 한 가지 선택은 더 많으며 판의 다른 부분 간의 격리를 보장하기 위해 접지 구리 가루 또는 울타리를 사용해야합니다.아날로그 경로설정 옆에 접지 캐스팅이 있는 경우 고주파 아날로그 신호를 라우팅하기 위한 일반적인 선택으로 격리도가 높은 공면 전도가 방금 생성되었습니다.울타리나 다른 고주파 전도 격리 구조를 사용하려면 전자장 해결기를 사용하여 격리를 검사하고 다른 신호층에서 격리를 선택해야 하는지 확인해야 한다.

귀환 계획

보드에서 아날로그와 디지털 신호의 혼합은 접지 회로의 변위 전류와 디지털과 아날로그 보드 부품 간의 격리를 추적하는 데 엄격한 요구를 제기한다.회로 기판의 배치는 아날로그 회로가 디지털 소자 부근에서 교차하지 않도록 해야 하며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다.이것은 단순히 숫자와 아날로그 신호를 서로 다른 층으로 나누어 각각의 접지층에 의해 분리한다.비용 증가에도 불구하고 서로 다른 부품 간의 격리를 보장합니다.

아날로그 구성 요소가 AC 전원 공급 장치에서 추출된 경우 전용 아날로그 전원 기판이 필요할 수 있습니다.전기 전자 장비 외에는 드문 일이지만 귀환 경로 계획을 분석할 수만 있다면 개념적으로 쉽게 처리할 수 있다.아날로그 출력 부분이 디지털 신호 부분의 업스트림에 배치되고 디지털 신호 부분과 분리되면 단일 출력 평면은 두 신호에 전용될 수 있습니다.회로 계획이 적절하면 서로 다른 전원 공급 장치와 접지 부품 간의 간섭을 방지할 수 있습니다.스위치 조절기가 있는 직류 전원의 경우, 디지털 신호가 아날로그 신호와 분리되어야 하는 것처럼 직류 부분의 스위치 소음은 교류 부분과 분리되어야 한다.