Teknik PCB - Bagaimana untuk merancang penumpang pesawat isyarat laminasi PCB

Setiap lapisan dalam PCB bermain peran khusus dalam menentukan perilaku elektrik. Lapisan pesawat isyarat membawa kuasa dan isyarat elektrik diantara komponen, tetapi kecuali anda meletakkan pesawat tembaga dengan betul di lapisan dalaman, ia mungkin tidak berfungsi dengan betul. Selain lapisan isyarat, PCB and a memerlukan bekalan kuasa dan lapisan tanah, dan anda perlu meletakkannya dalam tumpukan PCB untuk memastikan papan baru berfungsi.

Di mana lapisan kuasa, pendaratan dan isyarat ditempatkan? Ini adalah salah satu isu yang telah lama dibahas dalam rancangan PCB, memaksa desainer untuk mempertimbangkan dengan hati-hati penggunaan papan mereka, fungsi komponen mereka, dan toleransi isyarat pada papan. Jika anda memahami batas variasi impedance, gelisah, gelisah tekanan dan PDN impedance, dan penindasan salib bercakap, anda boleh menentukan pengaturan yang betul lapisan isyarat dan lapisan pesawat untuk ditempatkan di papan.

Secara umum, jika bukti-konsep and a berfungsi pada papan breadboard, anda boleh guna sebarang teknik bentangan yang lebih suka pada papan dua lapisan, dan papan akan berfungsi. Anda mungkin perlu menggunakan pendekatan grounding grid untuk mengendalikan isyarat kelajuan tinggi untuk menyediakan tahap penghalangan EMI. Untuk peralatan yang lebih kompleks berjalan dengan kelajuan tinggi atau frekuensi tinggi (atau keduanya), anda perlukan sekurang-kurangnya empat lapisan PCB, termasuk lapisan kuasa, lapisan tanah, dan dua lapisan isyarat.

Apabila menentukan bilangan lapisan pesawat isyarat yang diperlukan, pertimbangan pertama adalah bilangan rangkaian isyarat dan lebar kira-kira dan jarak antara isyarat. Apabila anda cuba menghargai bilangan lapisan isyarat yang diperlukan dalam tumpukan, anda boleh mengambil dua langkah asas:

Tentukan kiraan jaring: Bilangan lapisan isyarat yang diperlukan pada papan boleh diharapkan menggunakan kiraan jaring sederhana dalam th

e skematik dan saiz papan yang diusulkan. Bilangan lapisan biasanya proporsional dengan pecahan (lebar baris * net)/(lebar papan). Dengan kata lain, lebih banyak rangkaian dengan garis lebih luas memerlukan papan lebih besar atau lebih lapisan isyarat. Anda mesti guna pengalaman di sini secara lalai untuk menentukan bilangan tepat lapisan isyarat yang diperlukan untuk mengakomodasi semua rangkaian pada saiz papan yang diberi.

Tambah lapisan rata anda: Jika anda perlu lalui lapisan isyarat dengan impedance kawal, anda perlu letakkan lapisan rujukan untuk setiap lapisan isyarat impedance kawal. Jika komponen dikumpulkan secara padat, pesawat kuasa diperlukan dibawah lapisan komponen, kerana tidak ada cukup ruang pada lapisan permukaan untuk mengakomodasi panduan kuasa. Ini mungkin mengakibatkan bilangan dua digit lapisan permukaan yang diperlukan untuk papan HDI yang bernilai neto tinggi, tetapi lapisan rujukan akan menyediakan perisai dan keterangan yang konsisten.

Apabila bilangan lapisan yang betul untuk lapisan berbilang ditentukan, anda boleh teruskan untuk mengatur bilangan lapisan dalam tumpukan PCB.

Raka laminasi PCB

Langkah berikutnya dalam desain laminasi PCB adalah untuk mengatur setiap lapisan untuk menyediakan laluan. Laminati anda biasanya diatur secara simetrik di sekitar inti pusat untuk mencegah warping semasa pemasangan suhu tinggi dan operasi. Bentangan lapisan pesawat dan lapisan isyarat adalah kritikal untuk kawalan kawalan-impedance kerana anda perlu guna persamaan khusus untuk pengaturan kawalan kawalan berbeza untuk memastikan kawalan impedance.

Untuk rancangan laminat fleksibel-ketat, anda perlu takrifkan kawasan berbeza dalam laminat untuk kawasan fleksibel-ketat. Alat desain lapisan-tumpukan di Allegro membuat proses ini mudah. Selepas menangkap skema sebagai bentangan PCB kosong, and a boleh takrifkan tumpukan lapisan dan transisi melalui lapisan yang berbeza. Kemudian anda boleh teruskan untuk menentukan dimensi kawat yang diperlukan untuk kawal impedance.

Garis rebon dan garis microstrip dan impedance kawal

Untuk mengawal impedance, kawalan lapisan dalaman antara dua lapisan planar patut dirancang menggunakan persamaan impedance garis garis garis. Persamaan menentukan geometri yang diperlukan untuk garis pita untuk mempunyai nilai impedance karakteristik khusus. Oleh kerana terdapat tiga parameter geometrik berbeza dalam persamaan untuk menentukan kemudahan, pendekatan sederhana adalah untuk menentukan pertama kali bilangan lapisan yang diperlukan, kerana ini akan menentukan tebal lapisan untuk tebal plat yang diberi. Berat tembaga lapisan pesawat isyarat dalaman biasanya 0.5 atau 1oz./ sq. Kaki. Ini menggunakan lebar baris sebagai parameter untuk menentukan kemudahan bagi ciri tertentu.

Proses yang sama berlaku pada garis microstrip pada lapisan permukaan. Selepas menentukan tebal lapisan dan berat tembaga, anda hanya perlu menentukan lebar baris yang digunakan untuk menentukan impedance karakteristik. Alat desain PCB mengandungi kalkulator impedance yang boleh membantu anda menentukan saiz kawat supaya mereka menentukan cha

impedance racteristik. Jika pasangan perbezaan diperlukan, hanya takrifkan baris dalam setiap lapisan sebagai pasangan perbezaan dan kalkulator impedance akan menentukan jarak yang betul antara baris.

Mereka mungkin secara elektrik atau secara induktif disambung dengan jejak dan konduktor lain semasa kabel di papan sebenar. Kapensiensi parasitik dan induktan dari konduktor dekat boleh mengubah impedance kawat dalam bentangan sebenar. Untuk memastikan anda telah mencapai sasaran impedance anda untuk semua lapisan dalam tumpukan, anda perlukan alat analisis impedance untuk mengesan impedance di seluruh rangkaian isyarat terpilih. Jika anda melihat perubahan besar yang tidak dapat diterima dalam bentangan PCB, anda boleh dengan cepat pilih kawat dan menyesuaikan kawat untuk menghapuskan perubahan impedance ini dalam sambungan.

Perubahan impedance besar sepanjang jejak ditandai merah. Jarak antara jejak di kawasan ini patut disesuaikan untuk menghapuskan perubahan impedance ini atau untuk membawanya dalam toleransi yang diterima. Anda boleh takrifkan toleransi impedance yang diinginkan dalam peraturan desain, dan selepas bentangan alat kalkulator impedance akan memeriksa kabel terhadap nilai impedance yang diinginkan.

Dalam perbincangan di atas, kami hanya mempelajari isyarat digital kerana ia lebih memerlukan daripada sistem analog. Bagaimana dengan papan analog penuh atau papan isyarat 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.

Isolasi isyarat

Pilihan lain adalah lebih, memerlukan penggunaan serbuk tembaga berdasar atau pagar untuk memastikan pengasingan antara bahagian lain papan. Jika pemancaran tanah dilakukan di sebelah kawat analog, panduan gelombang koplanar dengan isolasi tinggi baru saja dicipta 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 yang berbeza patut dipilih.

Rencana perjalanan kembali

Pencampuran isyarat analog dan digital pada piring mengadakan keperluan ketat untuk mengesan arus pemindahan loop mendarat dan pengasingan antara bahagian piring digital dan analog. Papan sirkuit akan diatur untuk memastikan laluan kembali analog tidak menyeberangi dekat komponen digital dan sebaliknya. Ini hanya membahagi isyarat digital dan analog kepada lapisan yang berbeza dipisahkan oleh lapisan tanah mereka. Walaupun ini menambah biaya, ia memastikan pengasingan antara bahagian yang berbeza.

Jika komponen analog dikekstrak dari bekalan kuasa AC, komponen analog mungkin juga memerlukan papan kuasa analog yang ditentukan. Di luar elektronik kuasa, ini adalah situasi yang jarang, tetapi secara konsep mudah untuk menangani selama anda boleh menganalisis rancangan laluan kembali. Pesawat kuasa tunggal boleh didedikasikan kepada kedua-dua isyarat jika bahagian kuasa analog ditempatkan di atas dan dipisahkan dari bahagian isyarat digital. Jika laluan kembalian direncanakan dengan betul, gangguan diantara kuasa berbeza dan bahagian mendarat boleh dicegah. Untuk bekalan kuasa DC dengan pengatur tukar, bunyi tukar dari bahagian DC perlu dipisahkan dari bahagian AC, sama seperti isyarat digital perlu dipisahkan dari isyarat analog.