NYÁK-összerakási tervezési módszer

A laminált kialakítás elsősorban két szabálynak felel meg:

1. Minden kábelezési réteghez kell tartoznia egy szomszédos referenciaréteg (táp- vagy földréteg);
2. A szomszédos fő teljesítményréteget és a földelőréteget minimális távolságra kell tartani a nagyobb csatolási kapacitás biztosítása érdekében;

 

Az alábbiakban a kétrétegű paneltől a nyolcrétegű panelig terjedő rétegeket soroljuk fel példaként:

1. Egyoldalas NYÁK-lap és kétoldalas NYÁK-lapköteg

Kétrétegű áramköri lapok esetén a rétegek kis száma miatt már nincs laminálási probléma. Az EMI-sugárzás szabályozását elsősorban a kábelezés és az elrendezés szempontjából veszik figyelembe;

Az egyrétegű és kétrétegű áramköri lapok elektromágneses kompatibilitása egyre hangsúlyosabbá válik. Ennek a jelenségnek a fő oka a túl nagy jelhurok-terület, ami nemcsak erős elektromágneses sugárzást produkál, hanem érzékennyé teszi az áramkört a külső interferenciákkal szemben is. Az áramkör elektromágneses kompatibilitásának javítása érdekében a legegyszerűbb módja a kulcsjel hurokterületének csökkentése.

Kulcsjel: Az elektromágneses kompatibilitás szempontjából a kulcsjelek főként az erős sugárzást kibocsátó és a külvilágra érzékeny jelekre vonatkoznak. Az erős sugárzást kibocsátó jelek általában periodikus jelek, például az órajelek vagy címek alacsony rendű jelei. Az interferenciára érzékeny jelek az alacsonyabb szintű analóg jelek.

Az egy- és kétrétegű paneleket általában 10 kHz alatti alacsony frekvenciájú analóg kivitelekben használják:

1) Az ugyanazon a rétegen lévő teljesítményvezetékek sugárirányban vannak elvezetve, és a vonalak teljes hossza minimalizálva van;

2) A táp- és földvezetékek fektetésekor közel kell lenniük egymáshoz; helyezzen egy földvezetéket a kulcsjelző vezeték mellé, és ennek a földvezetéknek a lehető legközelebb kell lennie a jelvezetékhez. Így kisebb hurokfelület alakul ki, és csökken a differenciálmódusú sugárzás érzékenysége a külső interferenciával szemben. Amikor egy földvezetéket helyeznek a jelvezeték mellé, a legkisebb területű hurok alakul ki, és a jeláram minden bizonnyal ezt a hurkot fogja átvenni a többi földvezeték helyett.

3) Ha kétrétegű áramköri lapról van szó, akkor a jelvezeték mentén, az áramköri lap másik oldalán, közvetlenül a jelvezeték alatt helyezhet el egy földelővezetéket, és az első vezetéknek a lehető legszélesebbnek kell lennie. Az így kialakított hurok területe megegyezik az áramköri lap vastagságának és a jelvezeték hosszának szorzatával.

 

Két- és négyrétegű laminátumok

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

A fenti két laminált kialakítás esetében a potenciális problémát a hagyományos 1,6 mm-es (62mil) vastagságú panel jelenti. A rétegek közötti távolság nagyon megnő, ami nemcsak az impedancia szabályozása, a rétegek közötti csatolás és az árnyékolás szempontjából kedvezőtlen; különösen a tápfeszültség földelő síkjai közötti nagy távolság csökkenti a panel kapacitását, és nem segíti elő a zajszűrést.

Az első sémát általában olyan helyzetekben alkalmazzák, ahol több chip van a panelen. Ez a fajta séma jobb SI teljesítményt érhet el, de nem túl jó az EMI teljesítmény szempontjából, főként a kábelezés és egyéb szabályozandó részletek miatt. Fő szempont: A földelő réteg a jelréteg összekötő rétegére kerül, ahol a legsűrűbb a jel, ami előnyös a sugárzás elnyelése és elnyomása szempontjából; növelje a panel területét a 20H szabály tükrözése érdekében.

Ami a második megoldást illeti, azt általában akkor alkalmazzák, ha a chip sűrűsége a kártyán elég alacsony, és elegendő terület van a chip körül (elhelyezzük a szükséges táp rézréteget). Ebben a sémában a NYÁK külső rétege a földréteg, a középső két réteg pedig a jel/táp réteg. A tápegység a jelrétegen széles vezetékkel van elvezetve, ami alacsonyra teheti a tápegység áramának útvonali impedanciáját, és a jel mikrocsík útvonalának impedanciája is alacsony, a belső réteg jelkisugárzását pedig a külső réteg árnyékolhatja. Az EMI-szabályozás szempontjából ez a legjobb elérhető 4 rétegű NYÁK-struktúra.

Fő figyelem: A jel- és teljesítménykeverő rétegek középső két rétege közötti távolságot szélesíteni kell, és a vezetékezés irányának függőlegesnek kell lennie az áthallás elkerülése érdekében; a panel területét megfelelően kell szabályozni a 20H szabálynak megfelelően; ha a vezetékezés impedanciáját szeretné szabályozni, a fenti megoldásnál nagyon körültekintően kell elvezetni a vezetékeket. A tápellátás és a földelés érdekében a rézsziget alatt kell elhelyezni. Ezenkívül a tápegység vagy a földelő réteg rézvezetékeit a lehető legjobban össze kell kötni az egyenáramú és az alacsony frekvenciájú csatlakoztathatóság biztosítása érdekében.

 

 

Három-, hatrétegű laminátum

Nagyobb chipsűrűségű és magasabb órajelfrekvenciájú kialakítások esetén 6 rétegű kártyakialakítást kell fontolóra venni, és az egymásra rakásos módszer ajánlott:

1. SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG;

Az ilyen típusú sémák esetében az ilyen típusú laminált séma jobb jelintegritást biztosít, a jelréteg a földréteg mellett helyezkedik el, a tápellátási réteg és a földréteg párosítva van, az egyes kábelezési rétegek impedanciája jobban szabályozható, és a két réteg jól elnyeli a mágneses erővonalakat. A tápellátás és a földréteg elkészülte után jobb visszatérési útvonalat biztosíthat az egyes jelrétegek számára.

2. GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND;

Az ilyen típusú sémák esetében ez a fajta séma csak akkor alkalmas, ha az eszköz sűrűsége nem túl magas. Ez a laminálási módszer a felső laminálás minden előnyével rendelkezik, és a felső és alsó rétegek földelési síkja viszonylag teljes, ami jobb árnyékoló rétegként használható. Meg kell jegyezni, hogy a teljesítményrétegnek a nem fő alkatrészfelületet alkotó réteg közelében kell lennie, mert így az alsó réteg síkja teljesebb lesz. Ezért az EMI teljesítmény jobb, mint az első megoldásnál.

Összefoglalás: A hatrétegű kártyarendszer esetében a tápegység és a földelő réteg közötti távolságot minimalizálni kell a jó táp- és földelési csatolás elérése érdekében. Azonban, bár a kártya vastagsága 62mil és a rétegek közötti távolság csökkentett, nem könnyű a fő tápegység és a földelő réteg közötti távolságot kicsire szabályozni. Az első és a második sémát összehasonlítva a második séma költsége jelentősen megnő. Ezért általában az első opciót választjuk a halmozáskor. Tervezéskor a 20H szabályt és a tükrözött réteg szabályát kell követni.

Négy- és nyolcrétegű laminátumok

1. Ez nem egy jó egymásra rakási módszer a gyenge elektromágneses abszorpció és a nagy tápegység impedanciája miatt. A szerkezete a következő:
1. Jel 1 komponens felülete, mikrocsíkos kábelezési réteg
2. 2. jel belső mikrocsík kábelezési rétege, jobb kábelezési réteg (X irány)
3. Talaj
4. 3. jelű szalagvezeték-irányító réteg, jobb irányító réteg (Y irány)
5.Signal 4 szalagvezeték-útvonal-réteg
6. Teljesítmény
7. 5. jel belső mikrocsík-kábelezési rétege
8.Signal 6 mikrocsík nyomkövető réteg

2. Ez a harmadik rétegezési módszer egy változata. A referencia réteg hozzáadásának köszönhetően jobb EMI-teljesítményt nyújt, és az egyes jelrétegek karakterisztikus impedanciája jól szabályozható.
1. Jel 1 komponens felület, mikrocsíkos kábelezési réteg, jó kábelezési réteg
2. Talajréteg, jó elektromágneses hullámelnyelő képesség
3. 2. jelű szalagvezeték-irányító réteg, jó irányító réteg
4. Energiaelnyelő réteg, amely kiváló elektromágneses elnyelést biztosít az alatta lévő talajréteggel 5. Földelő réteg
6.Signal 3 szalagvezeték-útvonal-réteg, jó útválasztási réteg
7. Teljesítményréteg, nagy tápellátási impedanciával
8.Signal 4 mikrocsíkos kábelezési réteg, jó kábelezési réteg

3. A legjobb egymásra rakási módszer, a többrétegű talajreferencia-síkok használatának köszönhetően nagyon jó geomágneses abszorpciós kapacitással rendelkezik.
1. Jel 1 komponens felület, mikrocsíkos kábelezési réteg, jó kábelezési réteg
2. Talajréteg, jobb elektromágneses hullámelnyelő képesség
3. 2. jelű szalagvezeték-irányító réteg, jó irányító réteg
4. Teljesítménynövelő réteg, amely kiváló elektromágneses elnyelést biztosít az alatta lévő talajréteggel. 5. Földelési réteg
6.Signal 3 szalagvezeték-útvonal-réteg, jó útválasztási réteg
7. Talajréteg, jobb elektromágneses hullámelnyelő képesség
8.Signal 4 mikrocsíkos kábelezési réteg, jó kábelezési réteg

A tervezés során felhasznált panelek hány rétegének kiválasztása és egymásra rakása számos tényezőtől függ, például a panelen lévő jelhálózatok számától, az eszközsűrűségtől, a PIN-sűrűségtől, a jelfrekvenciától, a panel méretétől és így tovább. Ezeket a tényezőket átfogóan kell figyelembe venni. Minél több jelhálózat, minél nagyobb az eszközsűrűség, annál nagyobb a PIN-sűrűség és minél magasabb a jelfrekvenciája, annál inkább a többrétegű panelkialakítást kell alkalmazni. A jó EMI-teljesítmény elérése érdekében a legjobb, ha minden jelrétegnek saját referenciarétege van.