Berita PCB - Masalah pemasangan dalam rekaan PCB kelajuan tinggi

Dengan muncul terus menerus sirkuit kelajuan tinggi, kompleksiti papan PCB semakin tinggi. Untuk menghindari gangguan dari faktor elektrik, lapisan isyarat dan lapisan kuasa mesti dipisahkan, jadi rancangan PCB berbilang lapisan terlibat. Dalam desain papan berbilang lapisan, pengaturan lapisan adalah sangat penting. Rancangan tumpukan yang baik akan mengurangi kesan EMI dan percakapan salib. Dalam perbincangan berikut, kita akan secara khusus menganalisis bagaimana reka tumpukan mempengaruhi prestasi elektrik sirkuit kelajuan tinggi.

Satu. Papan berbilang lapisan dan lapisan tembaga (Plane) . Dibandingkan dengan papan PCB biasa dalam desain papan berbilang lapisan, selain menambah lapisan wayar isyarat yang diperlukan, perkara yang paling penting adalah mengatur kuasa independen dan lapisan tanah (lapisan tembaga). Dalam sistem sirkuit digital kelajuan tinggi, keuntungan penggunaan kuasa dan tanah untuk menggantikan kuasa dan bas tanah terdahulu adalah terutamanya:Memberikan tenaga rujukan stabil untuk pertukaran isyarat digital. Akhirnya gunakan kuasa untuk setiap peranti logik pada masa yang sama Memegang secara efektif perbualan salib antara isyarat Sebab penggunaan kawasan besar tembaga sebagai bekalan kuasa dan lapisan tanah mengurangkan perlawanan antara bekalan kuasa dan tanah, sehingga tegangan pada lapisan kuasa sangat seragam dan stabil, - dan ia boleh memastikan setiap garis isyarat mempunyai pesawat tanah yang dekat yang sepadan dengannya. Pada masa yang sama, impedance karakteristik garis isyarat dikurangkan, yang juga sangat berguna untuk mengurangi secara efektif perbualan salib. Oleh itu, untuk beberapa rancangan sirkuit kelajuan tinggi akhir tinggi, ia telah jelas ditetapkan bahawa penyelesaian stacking 6 lapisan (atau lebih) mesti digunakan, seperti keperluan Intel untuk papan modul memori PCB PC133. Ini terutama mempertimbangkan ciri-ciri elektrik papan pelbagai lapisan, serta penahanan radiasi elektromagnetik, dan bahkan kemampuan untuk melawan kerosakan fizikal dan mekanik adalah jauh lebih baik daripada papan PCB lapisan rendah. Jika anda mempertimbangkan faktor kos, ia bukan bahawa lapisan yang lebih mahal harga, kerana harga papan PCB tidak hanya berkaitan dengan bilangan lapisan, tetapi juga berkaitan dengan ketepatan kawat per kawasan unit. Selepas mengurangkan bilangan lapisan, kawat ruang akan terus-menerus dikurangkan, dengan itu meningkatkan ketepatan jejak, dan bahkan keperluan desain perlu dikurangkan dengan mengurangkan lebar baris dan pendek jarak. Kadang-kadang peningkatan biaya disebabkan oleh ini boleh melebihi peningkatan biaya dengan mengurangkan tumpukan. Ditambah dengan penindasan prestasi elektrik, pendekatan ini sering kontraproduktif. Oleh itu, bagi desainer, semua aspek perlu dipertimbangkan.

Dua. Kesan lapisan pesawat tanah pada isyarat di bawah frekuensi tinggi Jika kita mengambil kabel microstrip PCB sebagai model garis transmisi, maka lapisan pesawat tanah juga boleh dianggap sebagai sebahagian dari garis transmisi. Di sini, konsep "loop" boleh digunakan untuk menggantikan konsep "ground". Lapisan tembaga tanah sebenarnya adalah isyarat Laluan kembalian baris. Lapisan kuasa dan lapisan tanah disambung oleh bilangan besar kondensator penyahpautan. Dalam kes AC, lapisan kuasa dan lapisan tanah boleh dianggap sama. Apa perbezaan antara gelung semasa pada frekuensi rendah dan frekuensi tinggi? Dari gambar di bawah, kita boleh melihat bahawa pada frekuensi rendah, arus semasa kembali sepanjang laluan dengan perlawanan yang paling kecil, sementara pada frekuensi tinggi, arus sepanjang induktan yang paling kecil. Aliran loop kembali juga adalah laluan dengan paling sedikit impedance, dan semasa loop berkonsentrasi dan disebarkan secara langsung di bawah jejak isyarat. Pada frekuensi tinggi, apabila wayar ditetapkan secara langsung pada lapisan tanah, walaupun ada loop yang lebih pendek, semasa loop mesti mengalir langsung dari lapisan wayar di bawah laluan isyarat asal kembali ke sumber isyarat. Jalan ini mempunyai impedance yang paling kecil, iaitu, inductance. Kapensiensi yang paling kecil dan terbesar. Kaedah ini untuk menekan medan listrik dengan sambungan kapasitif besar dan menekan medan magnetik dengan sambungan induktif kecil untuk menjaga reaksi rendah dipanggil perisai diri. Formula berikut mencerminkan undang-undang yang densiti semasa pada laluan kembali dibawah garis isyarat berubah dengan berbagai syarat: Kesimpulan boleh dicat dari formula: pada loop semasa, semakin dekat kedudukan ke garis isyarat, semakin besar densiti semasa. Dalam kes ini, kawasan seluruh loop adalah yang paling kecil, dan inductans juga yang paling kecil. Pada masa yang sama, ia boleh dibayangkan bahawa jika garis isyarat dan loop sangat dekat, arus kedua-dua adalah kira-kira sama, dan arah adalah bertentangan. Medan magnetik yang dijana dalam ruang luar boleh membatalkan satu sama lain, jadi EMI ke dunia luar juga sangat kecil. Oleh itu, lebih baik untuk memastikan setiap lapisan kawat isyarat mempunyai lapisan lapisan lapisan tanah yang dekat yang sepadan dengan pengaturan tumpukan. Sekarang pertimbangkan masalah perbualan salib di pesawat tanah. Dalam sirkuit digital frekuensi tinggi, penyebab utama perbualan salib adalah hasil pasangan induktif. Ia boleh dilihat dari formula atas bagi distribusi densiti semasa loop bahawa apabila beberapa garis isyarat relatif dekat, arus loop bersama akan meliputi. Pada masa ini, medan magnet antara kedua-dua akan tidak dapat dihindari mengganggu satu sama lain, yang akan menghasilkan bunyi salib bercakap. Ukuran tekanan bercakap salib berkaitan dengan jarak D antara garis isyarat, tinggi H pesawat tanah dan koeficien K, seperti yang dipaparkan dalam figur di bawah: Dalam formula, K berkaitan dengan masa naik isyarat dan panjang garis isyarat yang mengganggu satu sama lain. Untuk konfigurasi tumpukan, ia tidak diragukan bahawa pendekatan jarak antara lapisan isyarat dan lapisan tanah akan mengurangkan persimpangan pesawat tanah secara efektif. @ Dalam bentangan PCB sebenar, masalah tersebut sering ditemui. Jika anda tidak memberi perhatian kepada paving tembaga bekalan kuasa dan lapisan tanah, sebuah groove terisolasi mungkin muncul di kawasan paving tembaga. Situasi ini sering disebabkan Vias. Ia disebabkan oleh rancangan tidak masuk akal kawasan pengasingan atau melalui lubang (seperti yang dipaparkan dalam figur). Hasilnya ialah untuk memperlambat masa naik dan meningkatkan kawasan loop, yang membawa kepada meningkatkan induktan, yang cenderung untuk salib bercakap dan EMI yang tidak perlu. Kita mesti menghindari fenomena ini. Induktansi meningkat disebabkan pusingan semasa loop boleh dikatakan secara kira-kira sebagai:L=5Dln(D/W)D mewakili jarak menegak dari garis isyarat ke hujung terdekat slot yang patah, dan W adalah lebar garis jejak.

Tiga. Beberapa skema dan analisis laminasi tipik selepas memahami pengetahuan asas di atas, kita boleh lukis rancangan desain laminasi yang sepadan. Secara umum, cuba mengikut peraturan berikut:

Lapisan tembaga sepatutnya diatur dalam pasangan. Contohnya, 2, 5 atau 3, 4 lapisan papan enam lapisan sepatutnya tembaga bersama. Ini disebabkan keperluan struktur seimbang dalam proses, kerana lapisan tembaga tidak seimbang boleh menyebabkan deformasi Halaman Warpage PCB papan. Lapisan isyarat dan lapisan tembaga patut ditempatkan pada selatan, dan lebih baik setiap lapisan isyarat boleh berada di sebelah sekurang-kurangnya satu lapisan tembaga. Perkurangan jarak antara bekalan kuasa dan lapisan tanah menyebabkan kestabilan bekalan kuasa dan pengurangan EMI. Dalam kes kelajuan yang sangat tinggi, anda boleh tambah lapisan tanah tambahan untuk mengisolasi lapisan isyarat, tetapi ia dicadangkan untuk tidak tambah lapisan kuasa untuk mengisolasi, yang mungkin menyebabkan gangguan bunyi yang tidak perlu. Tetapi situasi sebenarnya adalah bahawa pelbagai faktor yang disebut di atas tidak boleh puas pada masa yang sama. Pada masa ini, kita perlu mempertimbangkan penyelesaian yang relatif masuk akal. Beberapa skema reka-reka laminasi tipikal dianalyse di bawah: . Analisa pertama reka-reka laminasi papan empat lapisan. Secara umum, untuk sirkuit kelajuan tinggi yang lebih kompleks, lebih baik tidak menggunakan papan 4 lapisan, kerana ia mempunyai sejumlah faktor tidak stabil, kedua-dua dalam terma ciri-ciri fizik dan elektrik. Jika anda mesti merancang papan empat lapisan, anda boleh pertimbangkan menetapkannya sebagai: isyarat-kuasa-tanda-tanah. Ada penyelesaian yang lebih baik: dua lapisan luar berdasarkan tanah, dan kuasa dua lapisan dalam dan garis isyarat digunakan. Solusi ini adalah solusi penumpang terbaik untuk desain papan empat lapisan. Ia mempunyai kesan penghalang yang baik pada EMI, dan ia juga sangat berguna untuk mengurangi impedance garis isyarat. Boards dengan ketepatan kabel yang lebih tinggi adalah lebih sukar. Fokus berikut pada reka tumpukan papan enam lapisan. Banyak papan sirkuit menggunakan teknologi papan 6 lapisan, seperti rancangan papan PCB modul memori. Kebanyakan mereka menggunakan papan 6 lapisan (modul memori kapasitas tinggi mungkin menggunakan papan 10 lapisan. ). Stack papan 6 lapisan yang paling konvensional diatur seperti ini: isyarat-tanah-isyarat-isyarat-kuasa-isyarat. Dari sudut pandangan kawalan impedance, perjanjian ini adalah masuk akal, tetapi kerana bekalan kuasa jauh dari pesawat tanah, ia relatif kesan radiasi modus umum kecil EMI tidak terlalu baik. Jika anda ubah kawasan tembaga ke lapisan 3 dan 4, ia akan menyebabkan kawalan impedance isyarat yang lemah dan mod perbezaan kuat EMI. Terdapat juga rancangan untuk menambah lapisan pesawat tanah, bentangan adalah: isyarat-tanah-isyarat-kuasa-tanah-isyarat, sehingga tidak kira-kira dari perspektif kawalan impedance atau dari perspektif mengurangi EMI, ia boleh mencapai reka integriti isyarat kelajuan tinggi memerlukan persekitaran. Tetapi kesukaran adalah bahawa tumpukan lapisan tidak seimbang. Lapisan ketiga adalah lapisan kawat isyarat, tetapi lapisan keempat yang sepadan adalah lapisan kuasa dengan kawasan besar tembaga. Ini mungkin menghadapi beberapa masalah dalam penghasilan PCB. Apabila merancang, semua kawasan kosong pada lapisan ketiga boleh ditutup tembaga untuk mencapai kesan struktur yang seimbang kira-kira. Pelakuan litar yang lebih kompleks memerlukan penggunaan teknologi papan 10 lapisan. Papan PCB 10 lapisan mempunyai lapisan dielektrik yang sangat tipis, dan lapisan isyarat boleh sangat dekat dengan pesawat tanah. Dengan cara ini, perubahan impedance antara lapisan adalah sangat baik dikawal. Secara umum, selagi ia tidak muncul Dengan ralat reka tumpukan serius, raksasa boleh dengan mudah menyelesaikan reka papan sirkuit kelajuan tinggi kualiti. Jika kabel sangat rumit dan memerlukan lebih lapisan kabel, kita boleh menetapkan tumpukan sebagai: isyarat-isyarat-tanah-isyarat-isyarat-isyarat-kuasa-isyarat-isyarat-isyarat, tentu saja situasi ini tidak terbaik kita Ya, kita memerlukan jejak isyarat untuk ditetapkan dalam sejumlah lapisan kecil, tetapi untuk mengisolasi lapisan isyarat lain dengan lapisan tanah yang berlebihan, Jadi skema tumpuan yang lebih umum ialah: isyarat-tanah-isyarat-isyarat-kuasa-tanah-isyarat-isyarat-tanah-isyarat-tanah, and a boleh lihat bahawa tiga lapisan pesawat tanah digunakan di sini, dan hanya satu bekalan kuasa digunakan (kami hanya mempertimbangkan kes bekalan kuasa tunggal). Ini kerana walaupun lapisan kuasa mempunyai kesan kawalan impedance yang sama dengan lapisan pesawat tanah, tekanan pada lapisan kuasa adalah subjek untuk gangguan yang lebih besar, terdapat lebih harmonik tertib tinggi, dan EMI kepada dunia luar juga kuat, jadi ia pergi dengan isyarat. Seperti lapisan wayar, lebih baik dilindungi oleh pesawat tanah. Pada masa yang sama, jika lapisan kuasa berlebihan digunakan untuk mengisolasi, arus loop perlu ditukar dari pesawat tanah ke pesawat kuasa melalui kondensator penyahpautan. Dengan cara ini, turun tenaga berlebihan pada kondensator pemisahan akan menyebabkan kesan bunyi yang tidak perlu.

Empat. Ringkasan · Yang di atas hanya membincangkan beberapa masalah yang ditemui dalam reka tumpukan PCB. Spesifik patut ditentukan mengikut situasi sebenar. Dalam skop kemampuan, sering diperlukan untuk mempertimbangkan kualiti isyarat dan biaya. Sementara melaksanakan rancangan skema laminat sesuai dengan prinsip teori yang diterangkan di atas, kita juga perlu mempertimbangkan beberapa prinsip kabel lain untuk bekerja sama, seperti arah setiap lapisan, definisi bagi lebar garis kuasa lapisan isyarat, dan memutuskan kedudukan kondensator dan sebagainya. Hanya dengan mempertimbangkan secara meliputi pelbagai faktor boleh kita akhirnya merancang papan sirkuit dengan prestasi yang lebih baik.

Yang di atas ialah perkenalan kepada masalah tumpukan desain PCB kelajuan tinggi. Ipcb juga disediakan kepada penghasil PCB dan teknologi penghasilan PCB.