Ogólnie rzecz biorąc, istnieją dwie główne zasady dotyczące projektowania laminowanego:
1. Każda warstwa routingu musi mieć przyległą warstwę odniesienia (zasilanie lub formacja);
2. Sąsiadująca główna warstwa zasilania i uziemienie powinny być utrzymywane w minimalnej odległości, aby zapewnić dużą pojemność sprzęgającą;
Poniżej przedstawiono przykład stosu składającego się z dwóch do ośmiu warstw:
A.Płytka PCB jednostronna i płytka PCB dwustronna laminowana
W przypadku dwóch warstw, ze względu na ich niewielką liczbę, nie występuje problem laminowania. Kontrola promieniowania EMI jest uwzględniana głównie w okablowaniu i układzie;
Kompatybilność elektromagnetyczna płyt jedno- i dwuwarstwowych zyskuje coraz większe znaczenie. Główną przyczyną tego zjawiska jest zbyt duży obszar pętli sygnałowej, co nie tylko generuje silne promieniowanie elektromagnetyczne, ale również zwiększa wrażliwość układu na zakłócenia zewnętrzne. Najprostszym sposobem na poprawę kompatybilności elektromagnetycznej linii jest zmniejszenie obszaru pętli sygnału krytycznego.
Sygnał krytyczny: Z punktu widzenia kompatybilności elektromagnetycznej sygnał krytyczny odnosi się głównie do sygnału, który wytwarza silne promieniowanie i jest wrażliwy na świat zewnętrzny. Sygnały, które mogą wytwarzać silne promieniowanie, to zazwyczaj sygnały okresowe, takie jak niskie sygnały zegarów lub adresów. Sygnały wrażliwe na zakłócenia to sygnały o niskim poziomie sygnałów analogowych.
Płyty jedno- i dwuwarstwowe są zwykle stosowane w projektach symulacyjnych o niskiej częstotliwości poniżej 10 kHz:
1) Kable zasilające należy układać promieniowo na tej samej warstwie, minimalizując sumę długości przewodów;
2) Podczas prowadzenia przewodu zasilającego i uziemiającego blisko siebie; Ułóż przewód uziemiający jak najbliżej głównego przewodu sygnałowego. W ten sposób powstanie mniejsza powierzchnia pętli, a wrażliwość promieniowania różnicowego na zakłócenia zewnętrzne zostanie zmniejszona. Dodanie przewodu uziemiającego obok przewodu sygnałowego tworzy obwód o najmniejszej powierzchni, a prąd sygnału musi być kierowany przez ten obwód, a nie przez inną ścieżkę uziemienia.
3) Jeśli jest to płytka dwuwarstwowa, można ją umieścić po drugiej stronie płytki, blisko linii sygnałowej poniżej, wzdłuż tkaniny linii sygnałowej, a następnie przewód uziemiający, możliwie najszerszy. Wynikowy obszar obwodu jest równy grubości płytki pomnożonej przez długość linii sygnałowej.
B.Laminowanie czterech warstw
1. Sygnał-gnd (PWR)-PWR (GND)-SIG;
2. GND-SIG(PWR)-SIG(PWR)-GND;
W obu tych laminowanych konstrukcjach potencjalny problem dotyczy tradycyjnej grubości płytki 1,6 mm (62 mil). Odstępy między warstwami staną się duże, co nie tylko sprzyja impedancji sterującej, sprzężeniu międzywarstwowemu i ekranowaniu; w szczególności, duży odstęp między warstwami zasilania zmniejsza pojemność płytki i nie sprzyja filtrowaniu szumów.
Pierwszy schemat jest zazwyczaj stosowany w przypadku dużej liczby układów scalonych na płytce. Ten schemat może zapewnić lepszą wydajność SI, ale wydajność EMI jest gorsza, co jest głównie kontrolowane przez okablowanie i inne szczegóły. Główna uwaga: Formacja jest umieszczona w warstwie sygnałowej o największej gęstości, co sprzyja absorpcji i tłumieniu promieniowania; Zwiększ powierzchnię płytki, aby odzwierciedlić regułę 20H.
W drugim schemacie jest on zazwyczaj stosowany, gdy gęstość chipów na płytce jest wystarczająco niska, a wokół chipa jest wystarczająco dużo miejsca na nałożenie wymaganej powłoki miedzianej. W tym schemacie zewnętrzna warstwa PCB to warstwa warstwowa, a dwie środkowe warstwy to warstwa sygnałowa/zasilania. Zasilanie na warstwie sygnałowej jest prowadzone szeroką linią, co pozwala na obniżenie impedancji ścieżki prądu zasilającego, a impedancja ścieżki mikropaskowej sygnału jest również niska, a także może ekranować wewnętrzne promieniowanie sygnału przez warstwę zewnętrzną. Z punktu widzenia kontroli EMI jest to najlepsza dostępna struktura 4-warstwowej płytki PCB.
Uwaga: dwie środkowe warstwy sygnału, odstępy między warstwami miksu mocy powinny być otwarte, kierunek linii pionowy, aby uniknąć przesłuchów; Odpowiedni obszar panelu sterowania, zgodny z zasadami 20H; Aby kontrolować impedancję przewodów, należy bardzo ostrożnie ułożyć przewody pod miedzianymi wyspami zasilania i uziemienia. Ponadto, zasilanie lub ułożona miedź powinny być ze sobą połączone w jak największym stopniu, aby zapewnić łączność stałoprądową i niskoczęstotliwościową.
C.Laminowanie sześciu warstw płyt
W przypadku projektowania układów o dużej gęstości i wysokiej częstotliwości taktowania, należy rozważyć zastosowanie płytki 6-warstwowej. Zalecana jest następująca metoda laminowania:
1.SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG;
W tym schemacie, laminowanie zapewnia dobrą integralność sygnału, ponieważ warstwa sygnałowa przylega do warstwy uziemiającej, a warstwa zasilania jest sparowana z warstwą uziemiającą. Impedancja każdej warstwy trasującej może być dobrze kontrolowana, a obie warstwy dobrze absorbują linie magnetyczne. Ponadto, zapewnia to lepszą ścieżkę powrotną dla każdej warstwy sygnałowej w warunkach pełnego zasilania i formowania.
2. GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND;
W tym schemacie, schemat ten ma zastosowanie tylko w przypadku, gdy gęstość urządzeń nie jest zbyt wysoka. Ta warstwa ma wszystkie zalety warstwy górnej, a płaszczyzna uziemienia górnej i dolnej warstwy jest stosunkowo kompletna, co może służyć jako lepsza warstwa ekranująca. Należy pamiętać, że warstwa zasilania powinna znajdować się w pobliżu warstwy, która nie jest główną płaszczyzną komponentów, ponieważ dolna płaszczyzna będzie bardziej kompletna. Dlatego wydajność EMI jest lepsza niż w pierwszym schemacie.
Podsumowanie: W przypadku schematu płytki sześciowarstwowej, odstęp między warstwą zasilania a masą powinien być zminimalizowany, aby uzyskać dobre sprzężenie zasilania i masy. Jednakże, pomimo zmniejszenia grubości płytki (62 mil) i odstępów między warstwami, nadal trudno jest kontrolować odstęp między głównym źródłem zasilania a warstwą masy. W porównaniu z pierwszym i drugim schematem, koszt drugiego jest znacznie wyższy. Dlatego zazwyczaj wybieramy pierwszą opcję podczas układania w stos. Podczas projektowania należy przestrzegać zasad 20H i zasad dotyczących warstw lustrzanych.
D.Laminowanie ośmiu warstw
1. Ze względu na słabą absorpcję elektromagnetyczną i dużą impedancję energetyczną, nie jest to dobry sposób laminowania. Jego struktura jest następująca:
1.Powierzchnia komponentu sygnału 1, warstwa okablowania mikropaskowego
2. Sygnał 2, wewnętrzna warstwa trasowania mikropaskowego, dobra warstwa trasowania (kierunek X)
3. Ziemia
4. Warstwa trasowania linii sygnałowej 3, dobra warstwa trasowania (kierunek Y)
5.Warstwa trasowania kabla Signal 4
6.Moc
7.Wewnętrzna warstwa okablowania mikropaskowego sygnału 5
8.Warstwa okablowania Microstrip Signal 6
2. Jest to wariant trzeciego trybu układania. Dzięki dodaniu warstwy odniesienia zapewnia lepszą wydajność EMI, a impedancja charakterystyczna każdej warstwy sygnałowej może być dobrze kontrolowana.
1. Powierzchnia komponentu sygnału 1, warstwa okablowania mikropaskowego, dobra warstwa okablowania
2. Warstwa gruntu, dobra zdolność absorpcji fal elektromagnetycznych
3. Sygnał 2 Warstwa trasowania kabli. Dobra warstwa trasowania kabli
4. Warstwa mocy i następujące po niej warstwy stanowią doskonałą absorpcję elektromagnetyczną. 5. Warstwa gruntu
6. Sygnał 3 Warstwa trasowania kabli. Dobra warstwa trasowania kabli
7. Formacja mocy z dużą impedancją mocy
8. Sygnał 4 Warstwa kabla mikropaskowego. Dobra warstwa kabla
3. Najlepszy sposób układania, ponieważ wykorzystanie wielowarstwowej płaszczyzny odniesienia naziemnego zapewnia bardzo dobrą zdolność absorpcji geomagnetycznej.
1. Powierzchnia komponentu sygnału 1, warstwa okablowania mikropaskowego, dobra warstwa okablowania
2. Warstwa gruntu, dobra zdolność absorpcji fal elektromagnetycznych
3. Sygnał 2 Warstwa trasowania kabli. Dobra warstwa trasowania kabli
4. Warstwa mocy i następujące po niej warstwy stanowią doskonałą absorpcję elektromagnetyczną. 5. Warstwa gruntu
6. Sygnał 3 Warstwa trasowania kabli. Dobra warstwa trasowania kabli
7. Warstwa gruntu, lepsza zdolność absorpcji fal elektromagnetycznych
8. Sygnał 4 Warstwa kabla mikropaskowego. Dobra warstwa kabla
Wybór liczby i sposobu użycia warstw zależy od liczby sieci sygnałowych na płytce, gęstości układu, gęstości PIN, częstotliwości sygnału, rozmiaru płytki i wielu innych czynników. Należy wziąć te czynniki pod uwagę. Im większa liczba sieci sygnałowych, tym wyższa gęstość układu, im wyższa gęstość PIN, tym wyższa częstotliwość sygnału powinna być stosowana w projekcie, o ile to możliwe. Aby zapewnić dobrą wydajność EMI, najlepiej zadbać o to, aby każda warstwa sygnałowa miała własną warstwę odniesienia.
Czas publikacji: 26-06-2023
