PCB Teknik - PCB laminat tasarımında göz önüne alınması gereken prensipler

Bir PCB (basılı devre kartı) tasarlarken, dikkate alınması gereken en temel sorunlardan biri, devrenin gereken fonksiyonları elde etmek için kaç kablolama katmanı, zemin düzlemi ve güç düzlemi gerektiği ve basılı devre kartının kablolama katmanları, zemin düzlemi ve güç kaynakları. Uçağın katman sayısının belirlenmesi, devre fonksiyonu, sinyal bütünlüğü, EMI, EMC ve üretim maliyeti gibi gereksinimlerle ilgilidir. Çoğu tasarım için, PCB performans gereksinimleri, hedef maliyet, üretim teknolojisi ve sistem karmaşıklığında birçok çelişkili gereksinim vardır. PCB laminat tasarımı genellikle çeşitli faktörleri göz önüne aldıktan sonra bir uzlaşma ile belirlenir. Yüksek hızlı dijital devreler ve radyo devreleri genellikle çok katmanlı tahta tasarımlarını benimser.

Kaskadlı tasarımda dikkat edilmesi gereken 8 prensip aşağıda listelenmiştir:

1.Kelime

Çok katmanlı bir PCB'de genellikle bir sinyal katmanı (S), bir güç (P) düzlemi ve bir zemin (GND) düzlemi içerir. Güç düzlemi ve yer düzlemi genellikle bölünmeler olmayan katı düzlemlerdir. Komşu sinyal izlerinin akımı için iyi bir düşük impedanslı akım dönüş yolu sağlayacaklar. Sinyal katmanı çoğunlukla bu güç veya yer referans düzlemi katmanları arasında yer alır ve simetrik bir şerit çizgisi veya asimetrik bir şerit çizgisi oluşturur. Çok katmanlı bir PCB'nin üst ve alt katmanları genellikle bileşenleri ve az sayıda iz yerleştirmek için kullanılır. Bu sinyal izleri izlerin oluşturduğu doğrudan radyasyonu azaltmak için çok uzun olmamalıdır.

2. Tek güç referans düzlemini (güç düzlemi) belirleyin

Ayrılma kapasitörlerinin kullanılması güç bütünlüğünü çözmek için önemli bir önlemdir. Ayrılma kondansatörleri yalnızca PCB'nin üst ve alt katmanlarına yerleştirilebilir. Ayrılma kapasitörlerinin izleri, yastıkları ve yolları, ayrılma kapasitörlerinin etkisini ciddi bir şekilde etkileyecektir. Bu, ayrılma kapasitörlerini bağlayan izlerin tasarım sırasında mümkün olduğunca kısa ve geniş olmasını ve vialara bağlı tellerin mümkün olduğunca kısa tutmasını gerektirir. Örneğin, yüksek hızlı bir dijital devrede, ayırma kapasitörünü PCB'nin üst katmanına yerleştirebilir, ikinci katmanı yüksek hızlı dijital devreye (bir işlemci gibi) güç katmanı olarak atayabilirsiniz, üçüncü katmanı sinyal katmanı olarak kullanabilir ve dördüncü katmanı sinyal katmanı olarak kullanabilirsiniz. Yüksek hızlı dijital devre toprağı olarak ayarlanmıştır.

Ayrıca, aynı yüksek hızlı dijital cihaz tarafından yönetilen sinyal izlerinin referans düzlemiyle aynı güç katmanını kullandığından ve bu güç katmanının yüksek hızlı dijital cihazın güç kaynağı katmanıdır.

3.Çoklu güç referens uçağını belirleyin

Çok güçlü referans düzlemi farklı voltajlara sahip birkaç fiziksel alana bölünecektir. Sinyal katmanı çok güç kaynağı katmanına yakınsa, yakındaki sinyal katmanındaki sinyal akımı istenmeyen bir dönüş yoluyla karşılaşacak ve dönüş yolunda boşluklara neden olacaktır. Yüksek hızlı dijital sinyaller için, bu mantıksız dönüş yolu tasarımı ciddi sorunlara neden olabilir, bu nedenle yüksek hızlı dijital sinyal kablosunun çok güçlü referans düzleminden uzak olması gerekir.

4.Çeşitli toprak referans uçaklarını belirleyin (toprak uçakları)

Birden fazla yer referans düzlemi (yer düzlemi) ortak modu EMl'i azaltabilecek iyi düşük impedanslı akım dönüş yolu sağlayabilir. Yer düzlemi ve güç düzlemi sıkıca birleştirilmelidir ve sinyal katmanı da bitişik referans düzlemi ile sıkıca birleştirilmelidir. Bu, katmanlar arasındaki ortamın kalınlığını azaltarak elde edilebilir.

5.Reasonably kablo kombinasyonu tasarlamak

Bir sinyal yolu tarafından kapsanan iki katmana "kablolama kombinasyonu" denir. En iyi kablolama kombinasyonu tasarımı, geri dönüş akımının bir referans düzeyinden diğerine, ancak bir referans düzeyinin bir noktasından (yüzeyinden) başka bir noktaya (yüzeye) akmasını önlemektir. Karmaşık kabloları tamamlamak için, izlerin katmana katmana dönüşümü kaçınılmazdır. Sinyal katmanları arasında geçiş yaparken, geri dönüş akımının bir referans düzleminden diğerine sorunsuz bir şekilde akabileceğinden emin olun. Bir tasarımda, bitişik katmanları kablolama kombinasyonu olarak kullanmak mantıklıdır. Bir sinyal yolunun birden fazla katmanı kapsaması gerekiyorsa, genellikle bir kablolama kombinasyonu olarak kullanmak mantıklı bir tasarım değildir, çünkü birden fazla katmandan geçen bir yol dönüş akımı için pürüzsüz değildir. Toprak sıçramasını, bağlantı kapasitörlerini viaların yakınına yerleştirerek veya referans düzlemleri arasındaki dielektrikin kalınlığını azaltarak azaltmak mümkün olsa da, iyi bir tasarım değildir.

6. Kablolama yönünü ayarlayın

Aynı sinyal katı üzerinde, sürükleme yönlerinin çoğunun uyumlu olması ve yakın sinyal katlarının sürükleme yönüne doğru yol olması gerekir. Örneğin, bir sinyal katmanın dönüşüm yöntemi "Y-aksi" yöntemi olarak ayarlanabilir ve diğer yakın sinyal katmanın dönüşüm yöntemi "X-aksi" yöntemi olarak ayarlanabilir.

7.Adopt eşit numaralı katman yapısı

Tasarımlanmış PCB yığınından neredeyse tüm klasik yığın tasarımlarının taraf sayılı katmanlar değil, çift sayılı katmanlar olduğunu görülebilir. Bu acil durum, aşağıda gösterildiği gibi birçok faktörden kaynaklanmaktadır.

Çap tahtasının üretim sürecinden anlayabilir ki devre tahtasının tüm yönetici katları çekirdek katında kaydedildiğini. Merkezi katmanın materyali genellikle iki taraflı bir üst stratejidir. Merkez katı tamamen kullanıldığında, basılı devre tahtasının yönetici katı Numarası bile.

Çift numaralı basılı devre kartları maliyet avantajlarına sahiptir. Dielektrik ve bakır katmanının eksikliği nedeniyle, çift sayılı basılı devre kartının hammadde maliyeti, çift sayılı basılı devre kartının maliyetinden biraz daha düşüktür. Bununla birlikte, çift sayılı basılı devre kartlarının, çekirdek katman yapısı süreci temelinde standart olmayan bir lamine çekirdek katman bağlama süreci eklemesi gerektiği için, çift sayılı basılı devre kartlarının işleme maliyeti çift sayılı basılı devre kartlarından önemli ölçüde daha yüksektir. Sıradan çekirdek katman yapısına kıyasla, çekirdek katman yapısına bakır eklemek, üretim verimliliğinin azalmasına ve uzun bir üretim döngüsüne neden olur. Laminasyon ve yapıştırmadan önce, dış çekirdek katmanın ekstra işleme ihtiyacı vardır, bu da dış katmanın çizikler ve yanlış kazma riskini artırır. Ek dış katman işlemi üretim maliyetini büyük ölçüde artıracaktır.

Bastırılmış devre tahtası çok katı devre bağlantı sürecinde, iç ve dış katlar soğulduğunda, farklı laminasyon tensyonları bastırılmış devre tahtası farklı derecelere bağlanmasına neden olur. Ayrıca, devre tahtasının kalınlığı arttığı sürece, kompozit yazılmış devre tahtasını iki farklı yapılarla birleştirmek riski daha büyükleşecek. Tek sayılmış devre tahtaları kapatmak kolay, hatta sayılmış devre tahtaları devre tahtasından uzaklaşabilir.

Tasarım sırasında, tekil sayıda katman yığındırılırsa, katman sayısını artırmak için aşağıdaki yöntem kullanılabilir.

Tasarım basılı devre kartının güç kaynağı katmanı çift bir sayıysa ve sinyal katmanı tuhaf bir sayıysa, bir sinyal katmanı ekleme yöntemi benimsenebilir. Eklenen sinyal katmanı maliyet artışına yol açmayacak, ancak işleme süresini kısaltabilir ve basılı devre kartının kalitesini iyileştirebilir.

Basılı devre kartını tekil sayıda güç katmanı ve eşit sayıda sinyal katmanı ile tasarlarsanız, bir güç katmanı ekleme yöntemini kullanabilirsiniz. Ve başka bir basit yöntem, diğer ayarları değiştirmeden yığının ortasına bir zemin katmanı eklemektir, yani basılı devre kartını önce tuhaf sayılı bir katmada yönlendirmek ve sonra ortada bir zemin katmanını kopyalamaktır.

Mikrodalgılık devrelerinde ve karışık medya devrelerinde (farklı dielektrik konstantleri) bir sinyal katı, çubuk dengelenmesini azaltmak için basılı devre tabağının merkezinde boş bir sinyal katı eklenebilir.

8. Maliyet dikkateleri

Yapılım maliyeti ile aynı PCB alanında, çok katı devre tahtasının maliyeti kesinlikle tek katı ve çift katı devre tahtasından daha yüksektir ve daha fazla katlar, maliyeti daha yüksektir. Fakat devre fonksiyonlarının ve devre tahtasının miniaturasyonu gerçekleştirmesini ve sinyal integritesini, EML, EMC ve diğer performans göstericilerini düşündüğünde, mümkün olduğunca çok katı devre tahtaları kullanılmalı. Düzenli değerlendirme, çok katı devre tahtaları ve tek katı devre tahtaları arasındaki maliyetin farkı beklenmekten daha yüksek değildir.