Технология PCB - Как сконструировать слой сигнала PCB

Каждый слой в PCB играет определенную роль в определении электрического поведения. Сигнальные плоские слои передают электрические и электрические сигналы между компонентами, но они могут не работать должным образом, если медные плоскости не будут правильно размещены во внутреннем слое. В дополнение к сигнальному слою, ваш PCB также нуждается в источнике питания и заземлении, и вам нужно разместить их в стеке PCB, чтобы убедиться, что новая плата работает.

Где расположены уровни питания, заземления и сигнала? Это один из давно обсуждаемых вопросов в дизайне PCB, который заставляет дизайнеров тщательно рассмотреть предполагаемое использование их панелей, функции компонентов и допуск сигнала на панели. Если вы знаете предел изменения сопротивления, дрожания, напряжения и сопротивления PDN, а также подавления последовательных помех, вы можете определить правильное расположение сигнальных и плоских слоев, которые должны быть размещены на панели.

В целом, если ваша концепция работает на тестовой панели, вы можете использовать любую предпочтительную технологию компоновки на двухслойной панели, и панель, скорее всего, будет работать. Возможно, вам придется использовать метод заземления сети для обработки высокоскоростных сигналов, чтобы обеспечить определенную степень подавления EMI. Для более сложных устройств, работающих на высоких скоростях или высоких частотах (или и то, и другое), вам нужно как минимум четыре слоя PCB, включая слой питания, заземление и два сигнальных слоя.

При определении требуемого уровня сигнала первое внимание уделяется количеству сигнальных сетей, а также приблизительной ширине и интервалам между сигналами. Когда вы пытаетесь оценить количество сигнальных слоев, необходимых в стеке, вы можете сделать два основных шага:

Определение чистого счета: количество сигнальных слоев, необходимых на панели, может быть оценено с помощью простого чистого счета в единицах

e Показать намерение и рекомендуемый размер доски. Количество слоев обычно пропорционально дроби (чистая * ширина линии) / (ширина пластины). Другими словами, для большего количества сетей с более широкими линиями требуется большая плата или больше сигнальных слоев. По умолчанию вы должны использовать этот опыт, чтобы определить точное количество сигнальных слоев, необходимых для размещения всех сетей при заданном размере панели.

Добавьте плоский слой: если требуется использование сигнального слоя с контролируемым сопротивлением, теперь необходимо разместить эталонный слой для каждого сигнального слоя с контролируемым сопротивлением. Если компоненты плотно накапливаются, необходимо установить плоскость мощности под слоем компонентов, поскольку на поверхностном уровне недостаточно места для размещения направляющих элементов мощности. Это может привести к двузначному количеству поверхностных слоев, необходимых для HDI - панелей с высоким чистым значением, но эталонный слой обеспечит защиту и последовательное сопротивление характеристикам.

Как только будет определено правильное количество слоев, можно будет продолжить расположение слоев в стеке PCB.

Конструкция слоя PCB

Следующим шагом в проектировании ламинации PCB является организация каждого слоя для обеспечения проводки. Слоты обычно симметрично расположены вокруг центрального сердечника, чтобы предотвратить деформацию во время высокотемпературной сборки и эксплуатации. Размещение плоских и сигнальных слоев имеет решающее значение для проводки управления сопротивлением, поскольку для обеспечения управления сопротивлением необходимо использовать конкретные уравнения для различных механизмов проводки.

Для конструкции жестких - гибких ламинатов в ламинатах необходимо определить различные области для жестких - гибких областей. Инструменты многоуровневого проектирования в Allegro упрощают этот процесс. Захватив схему как пустую компоновку PCB, можно определить стек слоев и преобразовать его в разные слои. Затем вы можете продолжать определять размер проводки, необходимой для проводки с контролируемым сопротивлением.

Ленточные и микрополосные линии и контролируемое сопротивление

Для управления сопротивлением следует использовать уравнение сопротивления полосы для проектирования внутренней проводки между двумя плоскими слоями. Это уравнение определяет геометрию, необходимую для полосы с определенным характеристическим сопротивлением. Поскольку в уравнении есть три разных геометрических параметра для определения сопротивления, простой способ состоит в том, чтобы сначала определить требуемое количество слоев, так как это определит толщину слоя данной пластины. Вес меди во внутреннем сигнальном плоском слое обычно составляет 0,5 или 1oz / Квадратные футы Это использует ширину линии в качестве параметра для определения сопротивления конкретной характеристики.

То же самое относится и к микрополосным линиям на поверхностном уровне. После определения толщины слоя и веса меди вам просто нужно определить ширину линии, используемой для определения характеристического сопротивления. Инструменты проектирования PCB включают в себя калькулятор сопротивлений, который помогает вам определить размер проводки и, следовательно, определить

Фрактальное сопротивление. Если требуется разностная пара, просто определите линию в каждом слое как разностную пару, и калькулятор сопротивления определит правильное расстояние между линиями.

Во время проводки на реальной пластине они могут быть связаны электрическим или индуктивным током с другими следами и проводниками. Паразитическая емкость и индуктивность от близлежащих проводников изменяют сопротивление проводки в реальной компоновке. Чтобы убедиться, что вы достигли цели сопротивления на всех уровнях стека, вам нужен инструмент анализа сопротивления для отслеживания сопротивления всей выбранной сети сигналов. Если вы видите неприемлемые большие изменения в макете PCB, вы можете быстро выбрать проводку и настроить ее, чтобы устранить эти изменения сопротивления в соединении.

Большие изменения сопротивления вдоль линии следа отмечены красным цветом. Расстояние между линиями следа в этом районе должно быть скорректировано, чтобы устранить такие изменения сопротивления или поместить их в приемлемый диапазон допусков. Вы можете определить требуемый допуск сопротивления в правилах проектирования, и после компоновки инструмент калькулятора сопротивления проверит провод на основе требуемого значения сопротивления.

В вышеприведенном обсуждении мы рассмотрели только цифровые сигналы, потому что они более требовательны, чем аналоговые системы. Как насчет полной аналоговой или смешанной сигнальной панели? Для аналоговых панелей целостность питания намного проще, но целостность сигнала намного сложнее. Для гибридных сигнальных панелей вам нужно объединить цифровые методы, показанные выше, с методами моделирования, описанными здесь.

Изоляция сигналов

Другой вариант - больше, требуя использования заземленного медного порошка или ограждения, чтобы обеспечить изоляцию между различными частями пластины. Если рядом с аналоговой проводкой осуществляется литье с заземлением, только что был создан конформный волновод с высокой степенью изоляции, который является обычным вариантом маршрутизации высокочастотного аналогового сигнала. Если используется ограждение или другая высокочастотная проводящая изоляционная конструкция, изоляция должна быть проверена с помощью электромагнитного решения и определена, следует ли выбирать изоляцию в разных сигнальных слоях.

План обратного пути

Смешивание аналоговых и цифровых сигналов на панели предъявляет строгие требования к току смещения цепи слежения заземления и изоляции между цифровыми и аналоговыми компонентами. Платы должны быть расположены таким образом, чтобы аналоговые контуры не пересекались вблизи цифровых компонентов и наоборот. Это просто делит цифровые и аналоговые сигналы на различные слои, отделенные от их соответствующих слоев заземления. Хотя это увеличивает затраты, оно обеспечивает изоляцию между различными компонентами.

Если аналоговые компоненты извлекаются из источника питания переменного тока, для аналоговых компонентов может также потребоваться специальная аналоговая панель питания. Это редкий случай за пределами электрической электроники, но до тех пор, пока вы можете проанализировать планирование пути возврата, с этим легко справиться концептуально. Если аналоговая часть мощности размещена вверх по течению от цифровой части сигнала и отделена от цифровой части сигнала, одна плоскость мощности может быть выделена для двух сигналов. При правильном планировании контура может предотвратить помехи между различными источниками питания и заземленными компонентами. Для источника постоянного тока с регулятором переключателя шум переключателя из части постоянного тока должен быть отделен от части переменного тока, так же как цифровой сигнал должен быть отделен от аналогового сигнала.