PCB sukrautų plokščių projektavimo metodas

Laminuotas dizainas daugiausia atitinka dvi taisykles:

1. Kiekvienas laidų sluoksnis turi turėti gretimą atskaitos sluoksnį (maitinimo arba įžeminimo sluoksnį);
2. Gretimas pagrindinis maitinimo sluoksnis ir įžeminimo sluoksnis turėtų būti laikomi minimaliu atstumu, kad būtų užtikrinta didesnė jungiamoji talpa;

 

Toliau pateikiamas dviejų sluoksnių plokštės ir aštuonių sluoksnių plokštės išdėstymo pavyzdys, kaip paaiškinti:

1. Vienpusė PCB plokštė ir dvipusė PCB plokščių krūva

Dviejų sluoksnių plokštėms dėl mažo sluoksnių skaičiaus nebėra laminavimo problemos. EMI spinduliuotės valdymas daugiausia atliekamas laidų sujungimu ir išdėstymu;

Vieno ir dviejų sluoksnių plokščių elektromagnetinis suderinamumas tampa vis labiau pastebimas. Pagrindinė šio reiškinio priežastis yra per didelis signalo kilpos plotas, dėl kurio ne tik susidaro stipri elektromagnetinė spinduliuotė, bet ir grandinė tampa jautri išoriniams trukdžiams. Norint pagerinti grandinės elektromagnetinį suderinamumą, paprasčiausias būdas yra sumažinti pagrindinio signalo kilpos plotą.

Pagrindiniai signalai: elektromagnetinio suderinamumo požiūriu pagrindiniai signalai daugiausia reiškia signalus, skleidžiančius stiprią spinduliuotę ir signalus, kurie yra jautrūs išoriniam pasauliui. Signalai, galintys skleisti stiprią spinduliuotę, paprastai yra periodiniai signalai, pavyzdžiui, žemos eilės laikrodžių ar adresų signalai. Trukdžiams jautrūs signalai yra žemesnio lygio analoginiai signalai.

Vieno ir dviejų sluoksnių plokštės paprastai naudojamos žemo dažnio analoginiuose modeliuose, mažesniuose nei 10 kHz:

1) To paties sluoksnio galios linijos yra išdėstytos radialiai, o bendras linijų ilgis yra kuo mažesnis;

2) Maitinimo ir įžeminimo laidai turi būti arti vienas kito; įžeminimo laidą reikia pastatyti šalia pagrindinio signalo laido, kuo arčiau signalo laido. Tokiu būdu susidaro mažesnis kilpos plotas ir sumažėja diferencinio režimo spinduliuotės jautrumas išoriniams trukdžiams. Prijungus įžeminimo laidą prie signalo laido, susidaro mažiausio ploto kilpa, ir signalo srovė neabejotinai tekės per šią kilpą, o ne per kitus įžeminimo laidus.

3) Jei tai dvisluoksnė spausdintinė plokštė, galite nutiesti įžeminimo laidą palei signalinę liniją kitoje spausdintinės plokštės pusėje, iškart po signaline linija, o pirmoji linija turėtų būti kuo platesnė. Tokiu būdu suformuotos kilpos plotas yra lygus spausdintinės plokštės storiui, padaugintam iš signalinės linijos ilgio.

 

Dviejų ir keturių sluoksnių laminatai

1. SIG – GND(PWR) – PWR (GND) – SIG;
2. GND-SIG(MAITINIMAS)-SIG(MAITINIMAS)-GND;

Dviejų aukščiau paminėtų laminuotų konstrukcijų atveju potenciali problema yra tradicinis 1,6 mm (62 mil) plokštės storis. Sluoksnių atstumas taps labai didelis, o tai ne tik nepalanku varžos valdymui, tarpsluoksnių sujungimui ir ekranavimui, bet ir ypač didelis atstumas tarp maitinimo įžeminimo plokštumų sumažina plokštės talpą ir nepadeda filtruoti triukšmo.

Pirmoji schema paprastai taikoma tais atvejais, kai plokštėje yra daug lustų. Tokia schema gali pagerinti SI našumą, tačiau ji nėra labai gera EMI našumui, daugiausia dėl laidų ir kitų valdymo detalių. Pagrindinis dėmesys: Įžeminimo sluoksnis dedamas ant signalo sluoksnio su tankiausiu signalu jungiamojo sluoksnio, kuris yra naudingas spinduliuotės sugėrimui ir slopinimui; padidinkite plokštės plotą, kad būtų atsižvelgta į 20H taisyklę.

Kalbant apie antrąjį sprendimą, jis paprastai naudojamas, kai plokštės lustų tankis yra pakankamai mažas ir aplink lustą yra pakankamai ploto (reikalingas maitinimo vario sluoksnis). Šioje schemoje išorinis PCB sluoksnis yra įžeminimo sluoksnis, o du viduriniai sluoksniai yra signalo/maitinimo sluoksniai. Maitinimo šaltinis signalo sluoksnyje yra nukreiptas plačia linija, todėl maitinimo srovės kelio varža gali būti maža, o signalo mikrojuostelės kelio varža taip pat yra maža, o vidinio sluoksnio signalo spinduliuotę taip pat galima ekranuoti išoriniu sluoksniu. Elektromagnetinių trukdžių valdymo požiūriu tai yra geriausia 4 sluoksnių PCB struktūra.

Pagrindinis dėmesys: atstumas tarp dviejų vidurinių signalo ir maitinimo maišymo sluoksnių turėtų būti padidintas, o laidų kryptis turėtų būti vertikali, kad būtų išvengta trukdžių; plokštės plotas turėtų būti tinkamai kontroliuojamas, kad atitiktų 20H taisyklę; jei norite valdyti laidų varžą, aukščiau pateiktame sprendime reikia labai atidžiai nukreipti laidus po vario sala maitinimo ir įžeminimo tikslais. Be to, maitinimo arba įžeminimo sluoksnio variniai laidininkai turėtų būti kuo labiau sujungti, kad būtų užtikrintas nuolatinės srovės ir žemo dažnio ryšys.

 

 

Trijų, šešių sluoksnių laminatas

Didesnio lustų tankio ir didesnio takto dažnio konstrukcijoms reikėtų apsvarstyti 6 sluoksnių plokštės dizainą, o krovimo metodas yra rekomenduojamas:

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

Šios rūšies schemoje tokio tipo laminuota schema gali pagerinti signalo vientisumą, signalo sluoksnis yra greta įžeminimo sluoksnio, maitinimo sluoksnis ir įžeminimo sluoksnis yra suporuoti, kiekvieno laidų sluoksnio varža gali būti geriau kontroliuojama, o du sluoksniai gali gerai sugerti magnetinio lauko linijas. O kai maitinimo šaltinis ir įžeminimo sluoksnis yra užbaigti, tai gali užtikrinti geresnį grįžtamąjį kelią kiekvienam signalo sluoksniui.

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

Šios schemos atveju ji tinka tik tais atvejais, kai įrenginio tankis nėra labai didelis. Šis laminavimo būdas turi visus viršutinio laminavimo privalumus, o viršutinio ir apatinio sluoksnių įžeminimo plokštuma yra gana išsami, todėl gali būti naudojamas kaip geresnis ekranavimo sluoksnis. Reikėtų pažymėti, kad maitinimo sluoksnis turėtų būti arti sluoksnio, kuris nėra pagrindinio komponento paviršius, nes apatinio sluoksnio plokštuma bus išsamesnė. Todėl elektromagnetinių trukdžių charakteristikos yra geresnės nei pirmojo sprendimo.

Santrauka: Šešių sluoksnių plokštės schemoje atstumas tarp maitinimo sluoksnio ir įžeminimo sluoksnio turėtų būti kuo mažesnis, kad būtų pasiektas geras maitinimo ir įžeminimo sujungimas. Tačiau, nors plokštės storis yra 62 mil, o sluoksnių atstumas sumažintas, nėra lengva kontroliuoti atstumą tarp pagrindinio maitinimo šaltinio ir įžeminimo sluoksnio, kad jis būtų mažas. Lyginant pirmąją schemą su antrąja, antrosios schemos kaina labai padidės. Todėl, kai klojame, dažniausiai renkamės pirmąjį variantą. Projektuojant vadovaujamasi 20H taisykle ir veidrodinio sluoksnio taisykle.

Keturių ir aštuonių sluoksnių laminatai

1. Tai nėra geras krovimo būdas dėl prastos elektromagnetinės sugerties ir didelės maitinimo šaltinio varžos. Jo struktūra yra tokia:
1. 1 signalo komponento paviršius, mikrobangų laidų sluoksnis
2. 2 signalo vidinis mikrobangų laidų sluoksnis, geresnis laidų sluoksnis (X kryptimi)
3. Žemė
4. 3 signalo juostinės linijos maršrutizavimo sluoksnis, geresnis maršrutizavimo sluoksnis (Y kryptimi)
5. 4 signalo juostinės linijos maršrutizavimo sluoksnis
6. Galia
7. 5 signalo vidinis mikrobangų juostos laidų sluoksnis
8.Signal 6 mikrobangų juostos pėdsakų sluoksnis

2. Tai trečiojo krovimo metodo variantas. Dėl pridėto etaloninio sluoksnio jis pasižymi geresniu elektromagnetiniu trukdžiu, o kiekvieno signalo sluoksnio būdingąją varžą galima gerai valdyti.
1. 1 signalo komponento paviršius, mikrobangų laidų sluoksnis, geras laidų sluoksnis
2. Žemės sluoksnis, geras elektromagnetinių bangų sugerties gebėjimas
3. 2 signalo juostinės linijos maršrutizavimo sluoksnis, geras maršrutizavimo sluoksnis
4. Maitinimo sluoksnis, užtikrinantis puikią elektromagnetinę sugertį su žeme esančiu žemės sluoksniu. 5. Žemės sluoksnis
6.Signal 3 juostinės linijos maršrutizavimo sluoksnis, geras maršrutizavimo sluoksnis
7. Maitinimo sluoksnis su didele maitinimo varža
8.Signal 4 mikrobangų laidų sluoksnis, geras laidų sluoksnis

3. Geriausias krovimo būdas, nes naudojamos daugiasluoksnės žemės atskaitos plokštumos, todėl pasižymi labai geru geomagnetiniu sugerties pajėgumu.
1. 1 signalo komponento paviršius, mikrobangų laidų sluoksnis, geras laidų sluoksnis
2. Žemės sluoksnis, geresnis elektromagnetinių bangų sugerties gebėjimas
3. 2 signalo juostinės linijos maršrutizavimo sluoksnis, geras maršrutizavimo sluoksnis
4. Maitinimo sluoksnis, užtikrinantis puikią elektromagnetinę sugertį su žemiau esančiu žemės sluoksniu. 5. Žemės sluoksnis
6.Signal 3 juostinės linijos maršrutizavimo sluoksnis, geras maršrutizavimo sluoksnis
7. Žemės sluoksnis, geresnis elektromagnetinių bangų sugerties gebėjimas
8.Signal 4 mikrobangų laidų sluoksnis, geras laidų sluoksnis

Kaip pasirinkti, kiek plokščių sluoksnių naudoti projektuojant ir kaip juos sudėti, priklauso nuo daugelio veiksnių, tokių kaip signalų tinklų skaičius plokštėje, įrenginių tankis, PIN tankis, signalo dažnis, plokštės dydis ir kt. Turime visapusiškai atsižvelgti į šiuos veiksnius. Kuo daugiau signalų tinklų, kuo didesnis įrenginių tankis, tuo didesnis PIN tankis ir kuo didesnis signalo dažnis, tuo labiau reikėtų taikyti daugiasluoksnę plokštės konstrukciją. Norint gauti gerą elektromagnetinį suderinamumą, geriausia užtikrinti, kad kiekvienas signalo sluoksnis turėtų savo etaloninį sluoksnį.