El diseño laminado cumple principalmente dos reglas:
1. Cada capa de cableado debe tener una capa de referencia adyacente (capa de alimentación o de tierra);
2. La capa de energía principal adyacente y la capa de tierra deben mantenerse a una distancia mínima para proporcionar una mayor capacitancia de acoplamiento;
A continuación se enumera la pila desde un tablero de dos capas hasta un tablero de ocho capas a modo de explicación de ejemplo:
1. Pila de placas PCB de una cara y de dos caras
En las placas de dos capas, gracias al reducido número de capas, ya no existe el problema de laminación. El control de la radiación EMI se basa principalmente en el cableado y la disposición.
La compatibilidad electromagnética de las placas monocapa y bicapa es cada vez más evidente. La principal razón de este fenómeno es que el área del bucle de señal es demasiado grande, lo que no solo produce una fuerte radiación electromagnética, sino que también aumenta la sensibilidad del circuito a interferencias externas. Para mejorar la compatibilidad electromagnética del circuito, la forma más sencilla es reducir el área del bucle de la señal clave.
Señal clave: Desde la perspectiva de la compatibilidad electromagnética, las señales clave se refieren principalmente a señales que producen una radiación intensa y a señales sensibles al entorno exterior. Las señales que pueden generar una radiación intensa suelen ser periódicas, como las señales de bajo orden de los relojes o las direcciones. Las señales sensibles a las interferencias son las señales analógicas de bajo nivel.
Las placas de una o dos capas se utilizan normalmente en diseños analógicos de baja frecuencia por debajo de 10 KHz:
1) Las trazas de potencia en la misma capa se enrutan radialmente y se minimiza la longitud total de las líneas;
2) Al tender los cables de alimentación y tierra, estos deben estar próximos entre sí. Coloque un cable de tierra junto al cable de señal principal, lo más cerca posible del cable de señal. De esta manera, se forma un bucle de menor área y se reduce la sensibilidad de la radiación de modo diferencial a las interferencias externas. Al añadir un cable de tierra junto al cable de señal, se forma un bucle de menor área, y la corriente de señal definitivamente lo utilizará en lugar de otros cables de tierra.
3) Si se trata de una placa de circuito de doble capa, se puede tender un cable de tierra a lo largo de la línea de señal en el otro lado de la placa, justo debajo de ella. La primera línea debe ser lo más ancha posible. El área del bucle resultante es igual al grosor de la placa multiplicado por la longitud de la línea de señal.
Laminados de dos y cuatro capas
1. SIG－GND(PWR)－PWR (GND)－SIG;
2. GND－SIG(PWR)－SIG(PWR)－GND;
Para los dos diseños laminados mencionados, el problema potencial radica en el grosor tradicional de la placa de 1,6 mm (62 milésimas de pulgada). El espaciado entre capas será muy grande, lo cual no solo perjudica el control de la impedancia, el acoplamiento entre capas y el blindaje; en particular, el gran espaciado entre los planos de tierra de la alimentación reduce la capacitancia de la placa y no favorece el filtrado del ruido.
El primer esquema se suele aplicar cuando hay más chips en la placa. Este tipo de esquema puede ofrecer un mejor rendimiento de señal de entrada (SI), pero no es muy bueno para el rendimiento de EMI, principalmente debido al cableado y otros detalles de control. Atención: La capa de tierra se coloca sobre la capa de conexión de la capa de señal con la señal más densa, lo que favorece la absorción y supresión de la radiación; aumenta el área de la placa para cumplir con la regla 20H.
La segunda solución se suele utilizar cuando la densidad de chips en la placa es baja y hay suficiente área alrededor del chip (colocar la capa de cobre de potencia necesaria). En este esquema, la capa exterior de la PCB es la capa de tierra y las dos capas intermedias son las capas de señal/potencia. La fuente de alimentación en la capa de señal se enruta con una línea ancha, lo que reduce la impedancia de la corriente de la fuente de alimentación y la impedancia de la microbanda de señal, además de que la capa exterior puede apantallar la radiación de la señal de la capa interna. Desde la perspectiva del control de EMI, esta es la mejor estructura de PCB de 4 capas disponible.
Atención principal: Se debe ampliar la distancia entre las dos capas intermedias de mezcla de señal y potencia, y el cableado debe ser vertical para evitar diafonía. El área de la placa debe controlarse adecuadamente para cumplir con la regla 20H. Si se desea controlar la impedancia del cableado, la solución anterior debe tener mucho cuidado con el cableado. Este cableado se encuentra debajo de la isla de cobre para la alimentación y la conexión a tierra. Además, el cobre de la fuente de alimentación o la capa de tierra debe interconectarse lo máximo posible para garantizar la conectividad de CC y baja frecuencia.
Laminado de tres y seis capas
Para diseños con mayor densidad de chip y mayor frecuencia de reloj, se debe considerar un diseño de placa de 6 capas y se recomienda el método de apilamiento:
1. SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG;
Para este tipo de esquema, este tipo de esquema laminado permite obtener una mejor integridad de la señal. La capa de señal se encuentra adyacente a la capa de tierra, la capa de alimentación y la capa de tierra están emparejadas, lo que permite un mejor control de la impedancia de cada capa de cableado y ambos estratos absorben eficazmente las líneas de campo magnético. Al completarse la alimentación y la capa de tierra, se proporciona una mejor ruta de retorno para cada capa de señal.
2. GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND;
Este tipo de esquema solo es adecuado cuando la densidad del dispositivo no es muy alta. Este tipo de laminación ofrece todas las ventajas de la laminación superior, y el plano de tierra de las capas superior e inferior es relativamente completo, lo que permite un mejor blindaje. Cabe destacar que la capa de potencia debe estar cerca de la capa que no es la superficie del componente principal, ya que el plano de la capa inferior será más completo. Por lo tanto, el rendimiento EMI es mejor que la primera solución.
Resumen: En el esquema de placa de seis capas, la distancia entre la capa de alimentación y la capa de tierra debe minimizarse para obtener un buen acoplamiento entre la alimentación y la tierra. Sin embargo, aunque el grosor de la placa es de 62 milésimas de pulgada y la separación entre capas es reducida, no es fácil controlar la separación entre la fuente de alimentación principal y la capa de tierra para que sea pequeña. Al comparar el primer esquema con el segundo, el costo de este último aumentará considerablemente. Por lo tanto, generalmente se elige la primera opción al apilar. Al diseñar, se deben seguir la regla 20H y la regla de diseño de la capa espejo.
Laminados de cuatro y ocho capas
1. Este no es un buen método de apilamiento debido a la baja absorción electromagnética y la alta impedancia de la fuente de alimentación. Su estructura es la siguiente:
1.Superficie del componente de señal 1, capa de cableado de microbanda
2. Señal 2 capa de cableado de microbanda interna, mejor capa de cableado (dirección X)
3.Tierra
4. Capa de enrutamiento de línea de banda de señal 3, mejor capa de enrutamiento (dirección Y)
5. Capa de enrutamiento de línea de banda de señal 4
6.Potencia
7. Capa de cableado de microbanda interna de la señal 5
8. Capa de traza de microbanda de señal 6
2. Es una variante del tercer método de apilamiento. Gracias a la adición de la capa de referencia, ofrece un mejor rendimiento EMI y permite controlar con precisión la impedancia característica de cada capa de señal.
1. Superficie del componente de señal 1, capa de cableado de microbanda, buena capa de cableado
2. Estrato de tierra, buena capacidad de absorción de ondas electromagnéticas.
3. Capa de enrutamiento de línea de banda de señal 2, buena capa de enrutamiento
4. Capa de potencia de energía, que forma una excelente absorción electromagnética con la capa de tierra debajo 5. Capa de tierra
6. Capa de enrutamiento de línea de banda de señal 3, buena capa de enrutamiento
7. Estrato de potencia, con gran impedancia de alimentación
8. Señal 4 capa de cableado de microbanda, buena capa de cableado
3. El mejor método de apilamiento, debido al uso de planos de referencia de tierra multicapa, tiene muy buena capacidad de absorción geomagnética.
1. Superficie del componente de señal 1, capa de cableado de microbanda, buena capa de cableado
2. Estrato de tierra, mejor capacidad de absorción de ondas electromagnéticas.
3. Capa de enrutamiento de línea de banda de señal 2, buena capa de enrutamiento
4. Capa de potencia de energía, que forma una excelente absorción electromagnética con la capa de tierra debajo. 5. Capa de tierra
6. Capa de enrutamiento de línea de banda de señal 3, buena capa de enrutamiento
7. Estrato de tierra, mejor capacidad de absorción de ondas electromagnéticas.
8. Señal 4 capa de cableado de microbanda, buena capa de cableado
La elección del número de capas de placas utilizadas en el diseño y su apilamiento depende de diversos factores, como el número de redes de señal en la placa, la densidad de dispositivos, la densidad de PIN, la frecuencia de la señal, el tamaño de la placa, etc. Es fundamental considerar estos factores de forma integral. Para un mayor número de redes de señal, mayor densidad de dispositivos, mayor densidad de PIN y mayor frecuencia de la señal, se recomienda adoptar un diseño de placa multicapa en la medida de lo posible. Para obtener un buen rendimiento EMI, es recomendable que cada capa de señal tenga su propia capa de referencia.