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PCB科技 - PCB堆棧設計應遵循哪些規則

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PCB堆棧設計應遵循哪些規則

2021-10-25
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Author:Downs

通常,層壓設計必須符合兩條規則:

1.、每個佈線層必須有一個相鄰的參攷層(電源層或接地層);

2、相鄰的主電源層和接地層應保持最小距離,以提供更大的耦合電容;

下麵列出了從兩層板到八層板的堆棧示例說明:

1. 單面PCB板的堆疊和 雙面印刷電路板

對於雙層板,由於層數較少,囙此不再存在層壓問題。 EMI輻射的控制主要從佈線和佈局方面考慮;

PCB堆棧設計的規則是什麼

單層板和雙層板的電磁相容問題越來越突出。 產生這種現象的主要原因是訊號環路面積過大,這不僅會產生強電磁輻射,而且會使電路對外部干擾敏感。 為了提高電路的電磁相容性,最簡單的方法是减少關鍵訊號的環路面積。

關鍵訊號:從電磁相容角度來看,關鍵訊號主要是指產生强輻射的訊號和對外界敏感的訊號。 能够產生强輻射的訊號通常是週期性訊號,例如時鐘或地址的低階訊號。 對干擾敏感的訊號是低電平的類比信號。

電路板

10KHz以下的低頻類比設計中通常使用單層和雙層板:

1)同一層上的功率跡線呈徑向佈線,線路總長度最小化;

2)運行電源線和地線時,應彼此靠近; 將接地線放在鑰匙訊號線旁邊,該接地線應盡可能靠近訊號線。 這樣,形成了較小的環路面積,降低了差模輻射對外部干擾的靈敏度。 當在訊號線旁邊添加地線時,會形成一個面積最小的回路,並且訊號電流肯定會採用該回路,而不是其他地線路徑。

3)如果是雙層電路板,可以沿電路板另一側的訊號線,即訊號線正下方,鋪設接地線,第一根導線應盡可能寬。 以這種管道形成的環路面積等於電路板的厚度乘以訊號線的長度。

二層和四層層板

1.SIG-GND(PWR)-PWR(GND)-SIG; 2.GND-SIG(PWR)-SIG(PWR)-GND;

對於上述兩種層壓設計,潜在問題是傳統的1.6mm(62mil)板厚。 層間距將變得非常大,這不僅不利於阻抗控制、層間耦合和遮罩; 特別是,電源接地板之間的大間距降低了板電容,不利於過濾雜訊。

對於第一種方案,它通常適用於板上有更多晶片的情况。 該方案可以獲得更好的SI效能,這對EMI效能不是很好。 它主要由接線和其他細節控制。 主要注意:地面層置於訊號最密集的訊號層的連接層上,有利於吸收和抑制輻射; 新增電路板面積以反映20H規則。

對於第二個方案, it is usually used when the chip density on the board is low enough and there is enough area around the chip (place the required power copper layer). 在本方案中, PCB的外層都是接地層, 中間兩層是訊號層/電源層. 訊號層上的電源採用寬線佈線, 這可以降低電源電流的路徑阻抗, 訊號微帶路徑的阻抗也很低, 內層的訊號輻射也可以被外層遮罩. 從EMI控制的角度, 這是最好的 4層PCB 可用結構.

注:訊號和功率混合層中間兩層應分開,佈線方向應垂直,以避免串擾; 應適當控制板面積,以反映20H規則; 如果要控制佈線阻抗,上述解決方案應非常小心地將佈線鋪設在電源和接地下方的銅線上。 此外,電源或接地層上的銅應盡可能互連,以確保直流和低頻連接。

3層、六層層板

對於晶片密度更高、時鐘頻率更高的設計,應考慮6層板的設計,建議採用堆疊管道:

1.SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG; 對於這種方案,這種分層方案可以獲得更好的信號完整性,訊號層與接地層相鄰,功率層和接地層配對,每個跟踪層的阻抗可以更好地控制,並且兩個接地層都可以很好地吸收磁力線。 當電源和接地層完好無損時,它可以為每個訊號層提供更好的返回路徑。

2.GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND; 對於這種方案,這種方案只適用於器件密度不是很高的情况,這種疊層具有上疊層的所有優點,並且這種地平面的頂層和底層相對完整,可以用作更好的遮罩層。 應注意的是,功率層應靠近不是主要部件表面的層,因為底層的平面將更完整。 囙此,電磁干擾效能優於第一種解決方案。

總結:對於六層電路板方案,應儘量減少電源層和接地層之間的距離,以獲得良好的電源和接地耦合。 然而,儘管板的厚度為62mil並且層間距减小,但不容易將主電源和接地層之間的間距控制為小。 與第一種方案和第二種方案相比,第二種方案的成本將大大新增。 囙此,我們通常在堆疊時選擇第一個選項。 在設計時,遵循20H規則和鏡像層規則設計。

四層和八層板的堆疊

1、由於電磁吸收差和電源阻抗大,這不是一種很好的層壓方法。 其結構如下:

1.Signal1組件表面,微帶佈線層

2.Signal2內部微帶佈線層,更好的佈線層(X方向)

3、地面

4.Signal3帶狀線路由層,更好的路由層(Y方向)

5.Signal4帶狀線路由層

6、動力

7.Signal5內部微帶佈線層

8.6訊號微帶跟踪層

2、它是第3種疊加方法的變體。 由於新增了參攷層,它具有更好的電磁干擾效能,並且可以很好地控制每個訊號層的特性阻抗。

1.Signal1元件表面,微帶佈線層,良好佈線層

2、地層,電磁波吸收能力較好

3.Signal2帶狀線路路由層,良好路由層

4、電源層與下麵的地面層形成良好的電磁吸收5。 地面層

6.Signal3帶狀線路由層,良好路由層

7、功率層,供電阻抗大

8.4訊號微帶佈線層,良好佈線層

3、最佳疊加方法,由於使用了多層地面基準面,囙此具有很好的地磁吸收能力。

1.Signal1元件表面,微帶佈線層,良好佈線層

2、地層,電磁波吸收能力較好

3.Signal2帶狀線路路由層,良好路由層

4、電源層與下麵的地面層形成良好的電磁吸收5。 地面層

6.Signal3帶狀線路由層,良好路由層

7、地層,電磁波吸收能力較好

8.4訊號微帶佈線層,良好佈線層

使用了多少層電路板 PCB設計 使用何種疊加方法取決於許多因素,例如電路板上的訊號網絡數量, 設備密度, 引脚密度, 訊號頻率, 電路板尺寸等. 我們必須綜合考慮這些因素. 對於更多訊號網絡, 設備密度越大, 引脚密度越大, 訊號頻率越高, 應盡可能多地使用多層板設計. 獲得良好的電磁干擾效能, 最好確保每個訊號層都有自己的參攷層.