La conception laminée répond principalement à deux règles :
1. Chaque couche de câblage doit avoir une couche de référence adjacente (couche d’alimentation ou de terre) ;
2. La couche d'alimentation principale adjacente et la couche de terre doivent être maintenues à une distance minimale pour fournir une plus grande capacité de couplage ;
La liste suivante présente la pile allant de la carte à deux couches à la carte à huit couches, à titre d'exemple d'explication :
1. Pile de cartes PCB simple face et double face
Pour les cartes bicouches, grâce au faible nombre de couches, le problème de laminage est éliminé. Le contrôle des rayonnements EMI est principalement pris en compte lors du câblage et de la mise en page.
La compatibilité électromagnétique des cartes monocouches et bicouches est de plus en plus importante. Ce phénomène s'explique principalement par une zone de boucle de signal trop importante, ce qui génère non seulement un fort rayonnement électromagnétique, mais rend également le circuit sensible aux interférences externes. Pour améliorer la compatibilité électromagnétique du circuit, le plus simple est de réduire la zone de boucle du signal clé.
Signal clé : Du point de vue de la compatibilité électromagnétique, les signaux clés désignent principalement les signaux produisant un fort rayonnement et les signaux sensibles au monde extérieur. Les signaux susceptibles de générer un fort rayonnement sont généralement des signaux périodiques, tels que les signaux d'ordre faible des horloges ou des adresses. Les signaux sensibles aux interférences sont des signaux analogiques de niveau inférieur.
Les cartes à simple et double couche sont généralement utilisées dans les conceptions analogiques basse fréquence inférieures à 10 kHz :
1) Les traces d'alimentation sur la même couche sont acheminées radialement et la longueur totale des lignes est minimisée ;
2) Lors du passage des câbles d'alimentation et de terre, veillez à ce qu'ils soient proches l'un de l'autre ; placez un câble de terre à côté du câble de signal principal, le plus près possible de ce dernier. Cela permet de réduire la surface de la boucle et de réduire la sensibilité du rayonnement en mode différentiel aux interférences externes. L'ajout d'un câble de terre à côté du câble de signal permet de former une boucle de plus petite surface, et le courant de signal empruntera cette boucle plutôt que les autres câbles de terre.
3) S'il s'agit d'un circuit imprimé double couche, vous pouvez poser un fil de terre le long de la ligne de signal de l'autre côté du circuit imprimé, juste en dessous de celle-ci. La première ligne doit être aussi large que possible. La surface de la boucle ainsi formée est égale à l'épaisseur du circuit imprimé multipliée par la longueur de la ligne de signal.
Stratifiés à deux et quatre couches
1. SIG－GND(PWR)－PWR (GND)－SIG ;
2. GND －SIG(PWR) －SIG(PWR) －GND ;
Pour les deux conceptions laminées ci-dessus, le problème potentiel réside dans l'épaisseur traditionnelle de la carte (1,6 mm). L'espacement entre les couches devient très important, ce qui nuit non seulement au contrôle de l'impédance, au couplage intercouche et au blindage ; en particulier, l'espacement important entre les plans de masse d'alimentation réduit la capacité de la carte et nuit au filtrage du bruit.
Le premier schéma est généralement appliqué aux cartes comportant plusieurs puces. Ce type de schéma permet d'obtenir de meilleures performances SI, mais il est moins performant en EMI, principalement en raison du câblage et d'autres détails à contrôler. Attention : la couche de masse est placée sur la couche de connexion de la couche de signal la plus dense, ce qui permet d'absorber et de supprimer le rayonnement ; il faut augmenter la surface de la carte pour respecter la règle 20H.
La deuxième solution est généralement utilisée lorsque la densité de puces sur la carte est suffisamment faible et que l'espace autour de la puce est suffisant (placer la couche de cuivre d'alimentation requise). Dans ce cas, la couche externe du circuit imprimé est la couche de masse, et les deux couches intermédiaires sont les couches de signal/alimentation. L'alimentation sur la couche de signal est acheminée par un câble large, ce qui permet de réduire l'impédance du circuit d'alimentation et celle du circuit microruban du signal. Le rayonnement du signal de la couche interne peut également être protégé par la couche externe. Du point de vue du contrôle des interférences électromagnétiques, il s'agit de la meilleure structure de circuit imprimé à 4 couches disponible.
Attention principale : la distance entre les deux couches intermédiaires de mélange de signaux et d'alimentation doit être augmentée et le câblage doit être vertical pour éviter la diaphonie ; la surface de la carte doit être correctement contrôlée pour respecter la règle 20H ; si vous souhaitez contrôler l'impédance du câblage, la solution ci-dessus doit être très prudente quant au routage des fils. Il est disposé sous l'îlot de cuivre pour l'alimentation et la mise à la terre. De plus, le cuivre de la couche d'alimentation ou de terre doit être interconnecté autant que possible pour assurer la connectivité CC et basse fréquence.
Stratifié à trois ou six couches
Pour les conceptions avec une densité de puces plus élevée et une fréquence d'horloge plus élevée, une conception de carte à 6 couches doit être envisagée et la méthode d'empilement est recommandée :
1. SIG－GND－SIG－PWR－GND－SIG ;
Pour ce type de schéma, ce type de schéma stratifié permet d'obtenir une meilleure intégrité du signal : la couche de signal est adjacente à la couche de masse, la couche d'alimentation et la couche de masse sont appariées, l'impédance de chaque couche de câblage est mieux contrôlée et les deux couches absorbent efficacement les lignes de champ magnétique. Une fois l'alimentation et la couche de masse complétées, un meilleur chemin de retour est assuré pour chaque couche de signal.
2. GND－SIG－GND－PWR－SIG－GND;
Pour ce type de schéma, il convient uniquement aux situations où la densité des composants est faible. Ce type de stratification présente tous les avantages de la stratification supérieure et les plans de masse des couches supérieure et inférieure sont relativement complets, ce qui permet une meilleure protection. Il est important de noter que la couche d'alimentation doit être proche de la couche qui n'est pas la surface du composant principal, car le plan de la couche inférieure sera plus complet. Par conséquent, les performances EMI sont meilleures que la première solution.
Résumé : Pour un schéma de carte à six couches, la distance entre la couche d'alimentation et la couche de masse doit être minimisée afin d'obtenir un bon couplage puissance-masse. Cependant, malgré une épaisseur de 62 mil et un espacement réduit entre les couches, il est difficile de contrôler l'espacement entre l'alimentation principale et la couche de masse. Comparer le premier schéma au deuxième schéma augmente considérablement le coût de ce dernier. Par conséquent, nous optons généralement pour la première option lors de l'empilement. Lors de la conception, respectez la règle 20H et la règle de la couche miroir.
Stratifiés à quatre et huit couches
1. Cette méthode d'empilement n'est pas adaptée en raison de sa faible absorption électromagnétique et de l'impédance élevée de l'alimentation. Sa structure est la suivante :
1. Surface du composant Signal 1, couche de câblage microruban
2. Signal 2 couche de câblage microruban interne, meilleure couche de câblage (direction X)
3.Sol
4. Couche de routage de ligne à 3 bandes de signal, meilleure couche de routage (direction Y)
5. Couche de routage de la ligne à 4 bandes du signal
6. Puissance
7. Couche de câblage microruban interne Signal 5
8. Couche de trace microruban Signal 6
2. Il s'agit d'une variante de la troisième méthode d'empilement. Grâce à l'ajout d'une couche de référence, elle offre de meilleures performances EMI et permet un contrôle précis de l'impédance caractéristique de chaque couche de signal.
1. Surface du composant Signal 1, couche de câblage microruban, bonne couche de câblage
2. Couche de sol, bonne capacité d'absorption des ondes électromagnétiques
3. Couche de routage de la ligne à ruban Signal 2, bonne couche de routage
4. Couche de puissance, formant une excellente absorption électromagnétique avec la couche de terre en dessous 5. Couche de terre
6. Couche de routage de ligne de signal 3, bonne couche de routage
7. Strate de puissance, avec une impédance d'alimentation élevée
8.Couche de câblage microruban de signal 4, bonne couche de câblage
3. La meilleure méthode d'empilement, grâce à l'utilisation de plans de référence au sol multicouches, elle possède une très bonne capacité d'absorption géomagnétique.
1. Surface du composant Signal 1, couche de câblage microruban, bonne couche de câblage
2. Couche de sol, meilleure capacité d'absorption des ondes électromagnétiques
3. Couche de routage de la ligne à ruban Signal 2, bonne couche de routage
4. Couche de puissance, formant une excellente absorption électromagnétique avec la couche de terre en dessous 5. Couche de terre
6. Couche de routage de ligne de signal 3, bonne couche de routage
7. Couche de sol, meilleure capacité d'absorption des ondes électromagnétiques
8.Couche de câblage microruban de signal 4, bonne couche de câblage
Le choix du nombre de couches de cartes à utiliser et leur empilement dépendent de nombreux facteurs, tels que le nombre de réseaux de signaux sur la carte, la densité des composants, la densité des broches, la fréquence du signal, la taille de la carte, etc. Ces facteurs doivent être pris en compte de manière exhaustive. Plus le nombre de réseaux de signaux est élevé, plus la densité des composants, la densité des broches et la fréquence du signal sont élevées, plus la conception de la carte multicouche doit être privilégiée. Pour obtenir de bonnes performances EMI, il est préférable de s'assurer que chaque couche de signal possède sa propre couche de référence.