Слоевая структура выбора слоев печатной платы и принципы укладки

После завершения предварительной компоновки компонентов мы сосредоточимся на анализе узких мест в проводке печатной платы.В сочетании с другими инструментами EDA для анализа плотности разводки печатной платы;а затем сочетание особых требований к проводке сигнальных линий, таких как дифференциальные линии, чувствительные сигнальные линии и т. д., количество и тип для определения количества слоев сигнального слоя;а затем в зависимости от типа источника питания, требований к изоляции и защите от помех определить количество слоев внутреннего электрического слоя.Таким образом, в основном определяется количество слоев всей печатной платы.

После определения количества слоев печатной платы следующим шагом будет разумное определение порядка размещения различных слоев схемы.На этом этапе факторами, которые следует учитывать, являются в основном следующие два момента.

(1) Распределение специальных сигнальных слоев.

(2) Распределение силовых и заземляющих слоев.

Если на печатной плате больше слоев, чем больше разновидностей комбинаций слоев специального сигнала, слоев земли и слоев питания, тем сложнее определить, какая комбинация оптимальна, но общие принципы таковы.

(1) Сигнальный слой должен примыкать к внутреннему слою питания (внутреннему слою питания/земли), используя большую медную пленку внутреннего слоя питания для обеспечения экранирования сигнального слоя.

(2) Внутренние силовой и заземляющий слои должны быть тесно связаны, т. е. толщина диэлектрика между внутренним силовым и заземляющим слоями должна принимать меньшее значение для увеличения емкости между силовым и заземляющим слоями и увеличения резонансной частоты.

(3) Уровень высокоскоростной передачи сигнала в схеме должен представлять собой промежуточный уровень сигнала и располагаться между двумя внутренними силовыми слоями.Таким образом, медная пленка двух внутренних электрических слоев может обеспечивать электромагнитное экранирование для высокоскоростной передачи сигналов, а также эффективно ограничивать излучение высокоскоростных сигналов между двумя внутренними электрическими слоями, не создавая помех внешнему миру.

(4) Избегайте двух сигнальных слоев, находящихся непосредственно рядом друг с другом.Между соседними сигнальными слоями легко возникнуть перекрестные помехи, которые могут привести к выходу из строя схемы.Добавление заземляющего слоя между двумя сигнальными слоями позволяет эффективно избежать перекрестных помех.

(5) Несколько заземленных внутренних электрических слоев могут эффективно снизить сопротивление заземления.Например, использование отдельных заземляющих слоев для сигнального слоя A и сигнального слоя B может эффективно уменьшить синфазные помехи.

(6) Учитывать симметрию слоистой структуры.

Часто используемые ламинированные конструкции

Ниже приведен пример четырехслойной плиты, иллюстрирующий предпочтительное расположение и комбинацию различных ламинированных структур.

Для обычно используемой четырехслойной платы существуют следующие типы укладки слоев (от верхнего слоя к нижнему).

(1) Siganl_1 (Верхний), GND (Внутренний_1), POWER (Внутренний_2), Siganl_2 (Низ).

(2) Siganl_1 (Верх), POWER (Внутренний_1), GND (Внутренний_2), Siganl_2 (Низ).

(3) POWER (Верх), Siganl_1 (Внутренний_1), GND (Внутренний_2), Siganl_2 (Низ).

Очевидно, что силовой и заземляющий слои Варианта 3 не имеют эффективной связи и не должны использоваться.

Так как же следует выбирать Вариант 1 и Вариант 2?Обычно проектировщики выбирают Вариант 1 в качестве структуры четырехслойной платы.Причина такого выбора не в том, что вариант 2 нельзя использовать, а в том, что на печатных платах компоненты обычно размещаются только на верхнем слое, поэтому вариант 1 является более подходящим.Однако, когда компоненты необходимо разместить как на верхнем, так и на нижнем слоях, а толщина диэлектрика между внутренним силовым и заземляющим слоями велика, а связь плохая, необходимо учитывать, какой слой имеет меньше сигнальных линий.В варианте 1 нижний слой имеет меньше сигнальных линий, и для соединения со слоем POWER можно использовать медную пленку большой площади;и наоборот, если компоненты преимущественно расположены в нижнем слое, для платы следует выбрать вариант 2.

Если ламинированная структура показана на рисунке 11-1, то сами силовой и заземляющий слои были соединены с учетом требований симметрии, общего использования схемы 1.

После завершения анализа ламинированной структуры 4-слойной платы ниже приведен пример метода комбинирования 6-слойной платы, иллюстрирующий расположение и комбинацию ламинированной структуры 6-слойной платы и предпочтительного метода.

(1) Siganl_1 (Верхний), GND (Внутренний_1), Siganl_2 (Внутренний_2), Siganl_3 (Внутренний_3), POWER (Внутренний_4), Siganl_4 (Низ).

В схеме 1 используются 4 сигнальных слоя и 2 внутренних слоя питания/земли с большим количеством сигнальных слоев, что способствует монтажу проводов между компонентами, но недостатки этой схемы также более очевидны, как показано в следующих двух аспектах.

① Слои питания и земли расположены далеко друг от друга и не связаны должным образом.

② Сигнальный слой Siganl_2 (Inner_2) и Siganl_3 (Inner_3) непосредственно прилегают друг к другу, изоляция сигнала плохая, и легко возникают перекрестные помехи.

2) Сиганл_1 (Верхний), Сиганл_2 (Внутренний_1), POWER (Внутренний_2), GND (Внутренний_3), Сиганл_3 (Внутренний_4), Сиганл_4 (Низ).

Схема 2 имеет преимущество перед схемой 1 в том, что уровни питания и земли адекватно связаны, но проблемы с сигнальными слоями Siganl_1 (Верхний) и Siganl_2 (Внутренний_1), а также Siganl_3 (Внутренний_4) и Siganl_4 (Нижний) непосредственно примыкают друг к другу. , с плохой изоляцией сигнала и подверженностью перекрестным помехам не решены.

(3) Siganl_1 (Верхний), GND (Внутренний_1), Siganl_2 (Внутренний_2), POWER (Внутренний_3), GND (Внутренний_4), Siganl_3 (Низ).

По сравнению со схемой 1 и схемой 2 схема 3 имеет на один сигнальный слой меньше и на один внутренний электрический слой больше.Хотя количество слоев, доступных для проводки, уменьшено, схема устраняет недостатки, общие для схемы 1 и схемы 2.

① Уровни питания и земли тесно связаны.

② Каждый сигнальный слой непосредственно примыкает к внутреннему электрическому слою, и имеется эффективная изоляция от всех других сигнальных слоев, что снижает вероятность возникновения перекрестных помех.

③ Siganl_2 (Inner_2) и два внутренних электрических слоя GND (Inner_1) и POWER (Inner_3) расположены рядом друг с другом и могут использоваться для передачи высокоскоростных сигналов.Два внутренних электрических слоя могут эффективно экранировать внешние помехи для слоя Siganl_2 (Внутренний_2) и слоя Siganl_2 (Внутренний_2) для внешних помех.

Выбор базовой плоскости

При распространении высокоскоростного сигнала по сигнальной линии в процессе прямого распространения сигнала из-за существования емкостной связи между опорными плоскостями при возникновении dV/dt возникнет явление, что ток течет к опорному плоскость через разделительный конденсатор, а в положении ниже линии передачи переходный ток будет течь обратно в цепь источника.

Когда уровень источника питания используется в качестве опорной плоскости, обратный ток сигнала сначала течет к слою источника питания, затем течет в сеть заземления через Cpg между источником питания и сетью заземления и, наконец, течет в цепь источника. через слой земли, образуя, наконец, полный контур электропитания.Очень важно контролировать сопротивление контура высокоскоростных сигналов, поскольку оно напрямую влияет на характеристики передачи сигнала.

Теоретически, как и в случае с заземляющими слоями, слои силового сигнала можно применять к обратным трактам сигнала с низким импедансом.При условии достаточной величины байпасной емкости передача по силовой плоскости будет такой же хорошей, как и по земле, и будет работать ленточная линия передачи по силовой плоскости и заземляющей плоскости или две.Однако, когда сигнал привязан к плоскости мощности, одним из обратных путей, который оказывает наибольшее влияние на сигнал, является емкостный канал между силовой сетью Cpg и наземными сетями.Это может быть сложное распределение развязывающей емкости на заземляющей сети источника питания, а также может содержать плоскую емкость между плоскостями заземляющего слоя источника питания, из-за сложности состава импедансные характеристики различны в каждой частотной точке, его трудно измерить и контролировать, поэтому трудно установить это предположение.

Даже если уровень мощности находится ближе к сигнальному слою, обратный сигнал будет возвращен на уровень земли через уровень мощности, поскольку входной сигнал основан на слое земли в качестве опорного уровня.Но если развязка не выполнена должным образом, импеданс между силовым и заземляющим слоями будет большим, и тогда обратный сигнал будет подвергаться большому импедансу.

Уровень опорной мощности сигнала обеспечит качество сигнала, импеданс между слоем земли источника питания является основным фактором влияния, чем выше частота сигнала, тем более очевидным будет влияние.**Конечно, не все сигналы не могут быть привязаны к источнику питания, а именно, сколько частот и какие сигналы могут быть привязаны к источнику питания, в зависимости от фактической конструкции печатной платы и фактической ситуации в сети PDN, это лучше всего. использовать программное обеспечение для моделирования для анализа и проверки.

Некоторые конструкции сигналов требуют ссылки на собственный уровень источника питания. Почему это так?

Это связано с тем, что внутренние сигналы чипа привязаны к источнику питания, поэтому лучше указывать источник питания на печатной плате.Но большая часть микросхемы при разработке высокоскоростных сигналов привязана к земле, поэтому в большинстве руководств по проектированию высокоскоростных сигналов рекомендуется ссылаться на землю, хотя в высокочастотном диапазоне развязывающие конденсаторы по мощности демонстрируют низкие характеристики импеданса. , мощность и заземление для эквипотенциала, но развязывающие конденсаторы с местом размещения проблемы могут увеличить зону возврата сигнала, тем самым влияя на качество сигнала, поэтому для большинства высокоскоростных сигналов см. статус лучшего.