Data PCB - Bagaimana untuk merancang stackup papan PCB

Setiap lapisan dalam Papan PCB bermain peran khusus dalam menentukan perilaku elektrik. Lapisan pesawat isyarat membawa kuasa dan isyarat elektrik diantara komponen, but unless you properly place copper planes in the internal layers, ia mungkin tidak berfungsi dengan betul. Selain lapisan isyarat, anda Papan PCB juga memerlukan tenaga dan pesawat tanah, dan anda perlu meletakkannya di dalam Papan PCB stack-up untuk pastikan papan baru berfungsi dengan betul. Jadi di mana kuasa, tanah, dan lapisan isyarat ditempatkan? Ini adalah salah satu perdebatan yang lama dalam Papan PCB desain, memaksa desainer untuk mempertimbangkan dengan hati-hati aplikasi yang direncanakan papan mereka, fungsi komponen, dan toleransi isyarat di papan. Jika anda memahami batas variasi impedance, jitter, voltage ripple vs. Impedan PDN, dan penolakan percakapan salib, anda boleh menentukan pengaturan yang betul bagi lapisan isyarat dan pesawat untuk ditempatkan di papan. Membawa rancangan anda ke kehidupan memerlukan hak Papan PCB set alat desain. Sama ada anda ingin mencipta papan dua lapisan sederhana atau PCB kelajuan tinggi dengan puluhan lapisan, Papan PCB perisian desain perlu sesuai untuk mana-mana aplikasi.

Apabila menentukan tumpukan pesawat isyarat, perancang aras-masukan mungkin cenderung untuk membawa perkara ke ekstrem. Mereka hanya perlu dua lapisan per papan atau lapisan dedikasi per jahitan kecil. Jawapan yang betul adalah di suatu tempat di antara, bergantung pada bilangan jaring di papan, tahap yang diterima ripple/jitter dalam sirkuit, kehadiran isyarat campuran, dll. Secara umum, jika bukti konsep and a berfungsi baik-baik pada papan layar, anda boleh menggunakan sebarang teknik bentangan yang anda suka pada papan dua lapisan dan terdapat peluang yang baik papan akan berfungsi. Dalam banyak kes, anda mungkin perlu menggunakan kaedah grounding grid untuk isyarat kelajuan tinggi untuk menyediakan tahap penghalangan EMI. Untuk peranti yang lebih kompleks yang beroperasi dengan kelajuan tinggi atau frekuensi tinggi (atau keduanya), and a perlu sekurang-kurangnya empat kumpulan papan PCB, termasuk pesawat kuasa, pesawat tanah, dan dua pesawat isyarat. Apabila menentukan bilangan lapisan pesawat isyarat yang diperlukan, pertimbangan pertama adalah bilangan jaringan isyarat dan lebar dan jarak kira-kira antara isyarat. Apabila anda cuba menghargai bilangan lapisan isyarat yang diperlukan dalam tumpukan, terdapat dua langkah asas yang anda boleh lakukan:

Menentukan Kiraan Rangkaian: Kiraan rangkaian sederhana dari dimensi papan skematik dan cadangan boleh digunakan untuk menghargai bilangan lapisan isyarat yang diperlukan pada papan. Bilangan lapisan biasanya proporsional dengan skor (lebar net*jejak)/(lebar papan). Dengan kata lain, lebih banyak rangkaian dengan jejak yang lebih luas perlu membuat papan lebih besar atau perlu menggunakan lebih banyak lapisan isyarat. Anda mesti lalai menggunakan pengalaman di sini untuk menentukan bilangan tepat lapisan isyarat yang diperlukan untuk mengakomodasi semua rangkaian dalam saiz papan yang diberi.

Tambah lapisan pesawat anda: Jika anda perlukan laluan impedance kawal untuk lapisan isyarat anda, anda perlu letak lapisan rujukan untuk setiap lapisan isyarat impedance kawal. Jika komponen dikumpulkan padat, pesawat kuasa diperlukan dibawah lapisan komponen kerana tidak ada cukup ruang pada lapisan permukaan untuk mengakomodasi kereta kuasa. Ini boleh menghasilkan bilangan dua digit lapisan permukaan yang diperlukan untuk papan HDI nilai neto tinggi, tetapi lapisan rujukan akan menyediakan perlindungan dan keterangan yang konsisten. Setelah bilangan lapisan yang betul untuk papan berbilang lapisan ditentukan, anda boleh bergerak ke mengatur bilangan lapisan dalam kumpulan papan PCB.

Cipta kumpulan PCB

Langkah berikutnya dalam rancangan pemasangan PCB adalah mengatur setiap lapisan untuk menyediakan laluan jejak. Laminat and a biasanya diatur secara simetrik sekitar inti pusat untuk mencegah warping semasa pemasangan suhu tinggi dan pengendalian. Letakkan lapisan pesawat dan isyarat adalah kritikal untuk laluan kawal-impedance kerana anda perlu guna persamaan khusus untuk lokasi jejak berbeza untuk memastikan impedance kawal. Untuk reka-reka-kumpulan flex-kasar, anda perlu takrifkan kawasan berbeza dalam kumpulan untuk kawasan flex-kasar. The layer stack design tool in Allegro makes this process easy. Selepas skema ditangkap sebagai bentangan papan PCB kosong, tumpukan lapisan boleh ditakrif, dan transisi melalui lapisan yang berbeza boleh ditakrif. Kemudian anda boleh teruskan untuk menentukan saiz jejak yang diperlukan untuk laluan impedance terkawal.

Stripline vs Microstrip dan Impedance Dikawal

Untuk mengawal impedance, jejak yang dijalankan pada lapisan dalaman antara dua lapisan planar patut dirancang menggunakan persamaan impedance garis garis garis. Persamaan ini menentukan geometri yang diperlukan untuk garis garis garis untuk mempunyai nilai impedance karakteristik khusus. Kerana terdapat tiga parameter geometrik berbeza dalam persamaan untuk menentukan impedance, ia mudah menentukan pertama kali bilangan lapisan yang diperlukan, kerana ini akan menentukan tebal lapisan untuk tebal papan yang diberi. Berat tembaga untuk lapisan aras isyarat dalaman biasanya 0.5 atau 1 oz./unit description in lists.. unit description in lists. Ini menggunakan lebar jejak sebagai parameter untuk menentukan impedance ciri-ciri khusus. Proses yang sama berlaku pada garis microstrip pada lapisan permukaan. Selepas menentukan tebal lapisan dan berat tembaga, anda hanya perlu menentukan lebar jejak yang menentukan impedance karakteristik. Alat reka papan PCB termasuk kalkulator impedance yang boleh membantu anda saiz jejak anda sehingga mereka menentukan impedance karakteristik mereka. Jika anda perlu menggunakan pasangan berbeza, hanya takrifkan jejak dalam setiap lapisan sebagai pasangan berbeza dan kalkulator impedance akan menentukan jarak yang betul antara jejak. Apabila dijalankan pada papan sebenar, mereka boleh secara kapasitif atau induktif disambung dengan jejak dan konduktor lain. Kapensiensi parasitik dan induktan dari konduktor dekat boleh mengubah impedance jejak dalam bentangan sebenar. Untuk memastikan anda telah memenuhi sasaran impedance untuk semua lapisan dalam tumpukan, anda perlukan alat analisis impedance untuk mengesan impedance di seluruh jaringan isyarat yang dipilih. Jika anda melihat perubahan besar yang tidak dapat diterima dalam bentangan papan PCB, anda boleh dengan cepat pilih jejak dan menyesuaikan laluan untuk menghapuskan perubahan impedance ini dalam sambungan. di mana perubahan impedance besar sepanjang jejak ditandai merah. Jarak antara jejak di kawasan ini patut disesuaikan untuk menghapuskan variasi impedance ini atau membawanya dalam toleransi yang diterima. Anda boleh takrifkan toleransi impedance yang diinginkan dalam peraturan desain, dan alat kalkulator impedance post-bentangan akan memeriksa laluan terhadap nilai impedance yang diinginkan. Dalam perbincangan di atas, kami hanya melihat isyarat digital kerana ia lebih memerlukan daripada sistem analog. Bagaimana dengan papan sinyal analog atau campuran? Untuk papan analog, integriti kuasa jauh lebih mudah, tetapi integriti isyarat jauh lebih sukar. Untuk papan isyarat-campuran, anda perlu gabungkan pendekatan digital yang dipaparkan di atas dengan pendekatan analog yang diterangkan di sini.

Lebar kawasan isyarat digital boleh ditambah ke frekuensi tinggi tertentu, biasanya, frekuensi sudut dianggap sebagai frekuensi isyarat binari. Frekuensi sudut adalah kira-kira 0.35/(masa naik), dan untuk isyarat dengan masa naik 1ns, frekuensi sudut adalah 350MHz. For faster digital signals down to about 20ps, the knee frequency now extends to 17.5GHz. Untuk isyarat analog, lebar bandnya jauh lebih sempit, anda hanya perlu bimbang tentang kekuatan pesawat kuasa dan penyelesaian/kembalian kehilangan dalam lebar bandnya. Ini membuat integriti kuasa dan integriti isyarat lebih mudah. Setiap kerugian atau impedance PDN tinggi dalam rantai isyarat diluar lebar band ini tidak terlihat.

Isolasi isyarat

Pilihan lain adalah lebih agresif dan memerlukan penggunaan bubuk tembaga berdasarkan tanah atau melalui pagar untuk memastikan pengasingan antara bahagian-bahagian yang berbeza papan. Jika and a menuangkan tanah di sebelah jejak analog, anda baru saja mencipta panduan gelombang koplanar, yang mempunyai pengasingan tinggi dan adalah pilihan umum untuk menjalankan isyarat analog frekuensi tinggi. Jika pagar atau struktur pengasingan konduktif frekuensi tinggi lain hendak digunakan, penyelesair medan elektromagnetik patut digunakan untuk memeriksa pengasingan dan menentukan sama ada pengasingan dalam lapisan isyarat berbeza patut dipilih.

Rencana Kembali

Mencampurkan isyarat analog dan digital di papan memaksa keperluan yang ketat pada pengesan aliran loop tanah dan pengasingan antara seksyen papan digital dan analog. The bentangan of the board should ensure that the analog return paths do not cross near the digital components and vice versa. Ini hanya memisahkan isyarat digital dan analog ke lapisan yang berbeza yang dipisahkan oleh pesawat tanah mereka.. Walaupun ini menambah biaya, ia memastikan pengasingan antara bahagian yang berbeza. Komponen analog mungkin juga memerlukan garis kuasa analog dedikasi jika ia dilukis dari kuasa AC. Di luar elektronik kuasa, ini adalah satu kes yang jarang, tetapi secara konseptif ia mudah untuk dikendalikan selama anda boleh menganalisis rancangan laluan kembali. Jika seksyen kuasa analog ditempatkan di atas dan dipisahkan dari seksyen isyarat digital, pesawat kuasa tunggal boleh didedikasikan kepada kedua-dua isyarat. Pergangguan diantara seksyen kuasa dan tanah yang berbeza boleh dicegah jika laluan kembalian direncanakan dengan betul. Untuk seksyen kuasa DC dengan pengatur tukar, bunyi tukar seksyen DC perlu dipisahkan dari seksyen AC, sama seperti isyarat digital perlu dipisahkan dari isyarat analog pada Papan PCB.