Teknik PCB - Mengenai pilihan struktur tumpukan reka PCB

Sebelum merancang PCB berbilang lapisan, perancang PCB perlu menentukan pertama-tamat struktur papan sirkuit yang digunakan mengikut skala sirkuit, saiz papan sirkuit dan keperluan elektromagnetik (EMC), iaitu, untuk memutuskan sama ada menggunakan 4 lapisan, 6 lapisan, atau lebih papan sirkuit berbilang lapisan. Selepas menentukan bilangan lapisan, menentukan di mana untuk meletakkan lapisan elektrik dalaman dan bagaimana untuk mengedarkan isyarat berbeza pada lapisan ini. Ini adalah pilihan struktur tumpukan PCB berbilang lapisan. Struktur laminasi adalah faktor penting yang mempengaruhi prestasi EMC papan PCB, dan ia juga merupakan cara penting untuk menekan gangguan elektromagnetik. Seksyen ini akan memperkenalkan kandungan berkaitan struktur tumpukan PCB berbilang lapisan. Selepas menentukan bilangan kuasa, lapisan tanah dan isyarat, pengaturan relatif mereka adalah topik yang tiap-tiap jurutera PCB tidak dapat menghindari.

1. Prinsip umum untuk pengaturan lapisan papan sirkuit:

1. Untuk menentukan struktur laminasi papan PCB berbilang lapisan, banyak faktor perlu dipertimbangkan. Dari perspektif kabel, semakin banyak lapisan, semakin baik kabel, tetapi biaya dan kesulitan penghasilan papan juga akan meningkat. Bagi pembuat, sama ada struktur laminasi simetrik atau tidak adalah fokus yang perlu diperhatikan apabila papan PCB dihasilkan, jadi pilihan bilangan lapisan perlu mempertimbangkan keperluan semua aspek untuk mencapai keseimbangan terbaik.

2. Bawah permukaan komponen (lapisan kedua) adalah lapisan tanah, yang menyediakan lapisan perisai peranti dan lapisan rujukan untuk kabel atas; lapisan isyarat sensitif seharusnya bersebelahan dengan lapisan elektrik dalaman (kuasa dalaman/lapisan tanah), menggunakan lapisan elektrik dalaman besar filem tembaga untuk menyediakan perisai untuk lapisan isyarat. Lapisan penghantaran isyarat kelajuan tinggi dalam sirkuit patut menjadi lapisan antarabangsa isyarat dan sandwiched antara dua lapisan elektrik dalaman. Dengan cara ini, filem tembaga dari dua lapisan elektrik dalaman boleh menyediakan perisai elektromagnetik untuk pemindahan isyarat kelajuan tinggi, dan pada masa yang sama, ia boleh secara efektif menghapuskan radiasi isyarat kelajuan tinggi antara dua lapisan elektrik dalaman tanpa menyebabkan gangguan luaran.

3. Semua lapisan isyarat hampir mungkin ke pesawat tanah.

4. Cuba menghindari dua lapisan isyarat secara langsung bersebelahan satu sama lain; mudah untuk memperkenalkan perbualan salib antara lapisan isyarat bersebelahan, yang menyebabkan kegagalan fungsi sirkuit. Menambah pesawat tanah diantara dua lapisan isyarat boleh mengelakkan percakapan salib secara efektif.

5. bekalan kuasa utama hampir mungkin.

6. Pertimbangkan simetri struktur laminasi.

2. Struktur stek biasanya digunakan dalam rekaan PCB:

Papan 4 lapisan

Berikut menggunakan contoh papan 4 lapisan untuk memperlihatkan bagaimana untuk optimumkan pengaturan dan kombinasi struktur laminasi berbeza.

Untuk papan 4 lapisan yang biasa digunakan, terdapat beberapa kaedah tumpukan (dari atas ke bawah):

(1) Siganl_1 (Atas), GND (Dalam_1), POWER (Dalam_2), Siganl_2 (Bawah).

(2) Siganl_1 (Atas), POWER (Dalam_1), GND (Dalam_2), Siganl_2 (Bawah).

(3) POWER (Atas), Siganl_1 (Dalam_1), GND (Dalam_2), Siganl_2 (Bawah).

Jelas, Skema 3 kekurangan sambungan efektif antara lapisan kuasa dan lapisan tanah dan tidak patut diadopsi.

Jadi bagaimana pilihan 1 dan pilihan 2 terpilih? Dalam keadaan biasa, desainer akan memilih pilihan 1 sebagai struktur papan 4 lapisan. Alasan untuk pilihan bukan bahawa Pilihan 2 tidak boleh diadopsi, tetapi bahawa papan PCB umum hanya meletakkan komponen pada lapisan atas, jadi lebih sesuai untuk mengadopsi Pilihan 1. Namun, apabila komponen perlu diletakkan pada lapisan atas dan bawah, dan tebal dielektrik antara lapisan kuasa dalaman dan lapisan tanah adalah besar dan sambungan adalah lemah, perlu mempertimbangkan lapisan mana yang mempunyai garis isyarat yang kurang. Untuk Pilihan 1, terdapat lebih sedikit garis isyarat pada lapisan bawah, dan filem tembaga kawasan besar boleh digunakan untuk pasang dengan lapisan POWER; sebaliknya, jika komponen terutama diatur pada lapisan bawah, Pilihan 2 patut digunakan untuk membuat papan.

Papan 6-lapisan

Selepas menyelesaikan analisis struktur tumpukan papan 4 lapisan, berikut menggunakan contoh kombinasi papan 6 lapisan untuk ilustrasikan pengaturan dan kombinasi papan 6 lapisan dan kaedah yang disukai. (1) Siganl_1 (Atas), GND (Dalam_1), Siganl_2 (Dalam_2), Siganl_3 (Dalam_3), POWER (Dalam_4), Siganl_4 (Bawah). Solusi 1 menggunakan 4 lapisan isyarat dan 2 lapisan kuasa dalaman/tanah. Ia mempunyai lebih lapisan isyarat, yang menyebabkan kerja kabel antara komponen. Namun, kekurangan penyelesaian ini juga lebih jelas, yang muncul dalam dua aspek berikut.

1. Lapisan kuasa dan lapisan tanah terpisah jauh dan tidak disertai cukup.

2. Lapisan isyarat Siganl_2 (Inner_2) dan Siganl_3 (Inner_3) secara langsung bersebelahan, jadi pengasingan isyarat tidak baik dan percakapan salib mudah berlaku. (2) Siganl_1 (Atas), Siganl_2 (Dalam_1), POWER (Dalam_2), GND (Dalam_3), Siganl_3 (Dalam_4), Siganl_4 (Bawah).

Berbanding dengan skema 1, lapisan kuasa dan lapisan tanah adalah sepenuhnya terhubung dalam skema 2, yang mempunyai keuntungan tertentu dibandingkan dengan skema 1. Namun, lapisan isyarat Siganl_1 (Atas) dan Siganl_2 (Dalam_1) dan Siganl_3 (Dalam_4) dan Siganl_4 (Bawah) secara langsung tersambung. Adjacent, pengasingan isyarat tidak baik, masalah susah untuk saling bercakap belum diselesaikan.

(3) Siganl_1 (Atas), GND (Dalam_1), Siganl_2 (Dalam_2), POWER (Dalam_3), GND (Dalam_4), Siganl_3 (Bawah).

Berbanding dengan skema 1 dan skema 2, skema 3 mempunyai satu lapisan isyarat kurang dan satu lapisan elektrik dalaman lagi. Walaupun lapisan yang tersedia untuk kabel dikurangi, skema ini memecahkan kesalahan umum skema 1 dan skema 2.

1. Pesawat kuasa dan pesawat tanah tersambung dengan ketat.

2. Setiap lapisan isyarat secara langsung bersebelahan dengan lapisan elektrik dalaman, dan secara efektif dipisahkan dari lapisan isyarat lain, dan percakapan salib tidak mudah berlaku.

3. Siganl_2 (Inner_2) disebelah dengan dua lapisan elektrik dalaman GND (Inner_1) dan POWER (Inner_3), yang boleh digunakan untuk menghantar isyarat kelajuan tinggi. Dua lapisan elektrik dalaman boleh secara efektif melindungi gangguan dari dunia luar ke lapisan Siganl_2 (Inner_2) dan gangguan dari Siganl_2 (Inner_2) ke dunia luar.

Dengan jelas, skema 3 adalah yang paling optimis. Pada masa yang sama, skema 3 juga merupakan struktur laminasi yang biasanya digunakan untuk papan 6 lapisan.

Papan 10-lapisan

Projek papan 10 lapisan biasa PCB

Jujukan kabel umum adalah TOP--GND---lapisan isyarat---lapisan kuasa---GND---lapisan isyarat---lapisan kuasa---lapisan isyarat---GND---BOTTOM

Jujukan kabel sendiri tidak perlu ditetapkan, tetapi terdapat beberapa piawai dan prinsip untuk membatasinya: Contohnya, lapisan sebelah lapisan atas dan lapisan bawah menggunakan GND untuk memastikan ciri-ciri EMC papan tunggal; contohnya, setiap lapisan isyarat lebih baik menggunakan lapisan GND sebagai Rangkaian rujukan; bekalan kuasa yang digunakan di seluruh papan tunggal lebih baik diletakkan pada sepotong tembaga; yang sensitif, kelajuan tinggi, dan lebih suka untuk pergi sepanjang lapisan dalam sepanjang lompatan, dan sebagainya.

Tiga, kes penambahan struktur laminasi reka PCB

soalan

Produk mempunyai 8 kumpulan port rangkaian dan port optik. Semasa ujian, ditemui bahawa penyahpepijatan isyarat diantara kumpulan lapan port optik dan cip gagal, yang mengakibatkan kegagalan port optik 8 untuk menyahpepijat dan tidak dapat berfungsi, dan 7 kumpulan port optik lain berkomunikasi secara biasa.

1. Sahkan masalah

Menurut maklumat yang diberikan oleh klien, ia disahkan bahawa dua garis impedance perbezaan antara port optik lapisan L6 8 dan cip 8 tidak boleh dinyahpepijat;

Menurut maklumat yang diberikan oleh klien, ia disahkan bahawa dua garis impedance perbezaan antara port optik 8 dan cip 8 pada lapisan L6 tidak boleh dinyahpepijat

2. Keperlukan pencetak dan desain disediakan oleh pelanggan

Perbaiki kesan

Dengan menyesuaikan struktur tumpukan PCB untuk meningkatkan jarak antara lapisan isyarat bersebelahan lapisan L56, masalah kegagalan sistem disebabkan oleh salib bercakap diselesaikan.