PCB-Technologie - Leiterplatten-Verdrahtungsdesign für elektromagnetische Technologie

Leiterplatten sind die tragenden Teile von Schaltungskomponenten und Geräten in elektronischen Produkten. Es stellt elektrische Verbindungen zwischen Schaltungskomponenten und Geräten zur Verfügung und ist die grundlegendste Komponente verschiedener elektronischer Geräte. Zur Zeit, Große und sehr große integrierte Schaltungen sind weit verbreitet in elektronischen Geräten verwendet worden, und die Montagedichte der Bauteile auf der Leiterplatte steigt, und die Signalübertragungsgeschwindigkeit wird immer schneller. Auch die dadurch verursachten EMV-Probleme rücken zunehmend in den Vordergrund. . Printed circuit boards are divided into single-sided boards (single-layer boards), double boards (double-layer boards) and multilayer boards. Single- und Dual-Boards werden normalerweise für Verkabelungen mit niedriger und mittlerer Dichte und Schaltungen mit geringer Integration verwendet, während PCB mehrschichtig Leiterplatten verwenden Verdrahtung mit hoher Dichte und Schaltungen mit hoher Integration. Einzel- und Doppelplatinen sind nicht für Hochgeschwindigkeitsschaltungen geeignet, Ein- und beidseitige Verdrahtung kann die Anforderungen von Hochleistungsschaltungen nicht erfüllen. Die Entwicklung der mehrschichtigen Verdrahtungstechnologie bietet die Möglichkeit, die oben genannten Probleme zu lösen, und seine Anwendungen werden immer weiter verbreitet.

Merkmale der mehrschichtigen Verkabelung.

Die Leiterplatte besteht aus organischen und anorganischen dielektrischen Materialien und hat eine mehrschichtige Struktur. Die Schichten sind durch Durchkontaktierungen verbunden. Durch Beschichten oder Füllen können Metallmaterialien die elektrische Signalleitung zwischen den Schichten realisieren. Aufgrund der folgenden Eigenschaften wurde mehrschichtige Verdrahtung weit verbreitet:

Eine dedizierte Stromversorgungsschicht und eine Erdungskabelschicht sind in der Mehrschichtplatte vorgesehen. Die Leistungsschicht kann als Rauschquelle verwendet werden, um Störungen zu reduzieren; Gleichzeitig kann die Leistungsschicht eine Schleife für alle Signale des Systems bereitstellen, um gemeinsame Impedanzkupplungsstörungen zu beseitigen. Reduzieren Sie die Impedanz der Stromversorgungsleitung im Stromversorgungssystem, wodurch die allgemeine Impedanzstörung reduziert wird.

(2) Mehrschichtbretter verwenden eine spezielle Masseschicht, und alle Signalleitungen haben spezielle Massedrähte. Die Eigenschaften der Signalleitung: stabile Impedanz, gute Übereinstimmung, reduzieren Wellenformverzerrung, die durch Reflexion verursacht wird; Verwenden Sie eine spezielle Erdungsschicht, erhöhen Sie die verteilte Kapazität zwischen der Signalleitung und der Erdungsleitung und reduzieren Sie Übersprechen.

Drittens das laminierte Design der Leiterplatte.

Verdrahtungsregeln der Leiterplatte.

Die elektromagnetische Verträglichkeitsanalyse der Mehrschichtplatte kann nach Kirchhoff-Gesetz und Faraday-Gesetz durchgeführt werden. Nach Kirchhoffs Gesetz muss jedes Zeitbereichsübertragungssignal von der Signalquelle zur Last den niedrigsten Impedanzpfad aufweisen.

Leiterplatten mit Mehrschichtplatinen werden normalerweise in Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungssystemen eingesetzt, wo Mehrschichtplatinen für Gleichstrom- (DC-) Leistung oder Massebeziehungsebenen verwendet werden können. Da es genügend Schichten als Leistungs- oder Masseschichten gibt, werden diese Ebenen in der Regel nicht in feste Ebenen unterteilt, so dass es nicht notwendig ist, verschiedene Gleichspannungen in derselben Schicht zu platzieren. Diese Schicht dient als Stromschleife zurück zum Signal auf der benachbarten Übertragungsleitung. Der Aufbau einer niederohmigen Stromschleife ist das primäre Ziel dieser Art planarer SchichtEMV.

Die Signalschichten sind zwischen den physikalischen Schichten der Bezugsebene verteilt und können symmetrische oder asymmetrische Streifen sein. Struktur und Layout der Mehrschichtplatte werden am Beispiel einer 12-Lagenplatte beschrieben. Seine hierarchische Struktur ist T-P-S-P-S-P-B, wobei T die oberste Schicht ist, P die Bezugsebene, S die Signalschicht und B die unterste Schicht ist. Von oben nach unten gibt es 1-Schicht, 2-Schicht, ..., 12-Schicht. Als obere und untere Pads des Bauteils kann das Signal nicht über einen langen Abstand zwischen dem oberen und dem unteren übertragen werden, was die direkte Strahlung der Spur reduzieren kann. Inkompatible Signalleitungen sollten voneinander isoliert werden, um Kopplungsstörungen untereinander zu vermeiden. Hochfrequenz- und Niederfrequenz-, Hochstrom- und Kleinstromleitungen, digitale und analoge Signalleitungen sind inkompatibel. Inkompatible Komponenten sollten für das Bauteillayout an verschiedenen Positionen auf der Leiterplatte platziert werden, und Aufmerksamkeit sollte auf die Isolierung von Signalleitungen bei ihrer Anordnung gelegt werden. Drei Aspekte sollten bei der Konstruktion beachtet werden:

Entscheiden Sie, welche Referenzschicht mehrere Leistungsbereiche für unterschiedliche Gleichspannungen enthält. Unter der Annahme, dass die elfte Schicht mehrere Gleichspannungen hat, muss der Designer die Hochgeschwindigkeitssignale so weit wie möglich von der zehnten Schicht und der unteren Schicht fernhalten, da der Schleifenstrom die Referenzebene über der zehnten Schicht nicht passieren kann und Stichkondensatoren verwendet werden müssen; Die fünfte, siebte und neunte Schicht sind die Signalschichten für Hochgeschwindigkeitssignale. Das Routing von Schlüsselsignalen sollte möglichst in eine Richtung angeordnet sein, damit auf der Optimierungsschicht die Anzahl möglicher Routingkanäle ermittelt werden kann. Die Signalspuren zwischen den Schichten sollten senkrecht zueinander sein, was die Kopplungsstörungen zwischen dem elektrischen Feld und dem Magnetfeld verringern kann. Die dritte und siebte Schicht können mit "Ost-West" Verdrahtung eingerichtet werden, und die fünfte und neunte Schicht kann mit "Süd-Nord" Verdrahtung eingestellt werden. Welche Stoffschicht je nach Zielrichtung sein soll

(2) Die Änderung der Anzahl der Schichten während der Hochgeschwindigkeitssignalführung und welche Schicht in einem unabhängigen Routing verwendet wird, um sicherzustellen, dass der Rückstrom von einer Referenzebene zur erforderlichen neuen Referenzebene fließt. Dadurch wird der Bereich der Signalschleife reduziert und die Differentialmodusstrom- und Gleichtaktstromstrahlung reduziert. Die Strahlungsintensität der Schleife ist proportional zur Fläche der Schleife. In der Tat muss das beste Design die Bezugsfläche nicht ändern, nur eine Seite der Bezugsfläche muss geändert werden und muss nur wieder auf die andere Seite gewechselt werden. Beispielsweise kann eine Kombination von Signalschichten als Signallagenpaare verwendet werden: Nr. 3, 5, 7, 7 und 9, so dass Verkabelungskombinationen in Ost-West- und Nord-Süd-Richtung gebildet werden können. Die Kombination der dritten und neunten Schicht kann jedoch nicht verwendet werden, da der Rückstrom von der vierten zur achten Schicht fließen muss. Obwohl der Entkopplungskondensator in der Nähe des Durchgangs platziert werden kann, verliert er seine Funktion bei hohen Frequenzen aufgrund des Vorhandenseins der Leitung und durch Induktivität. Solche Spuren vergrößern jedoch die Fläche der Signalschleife und reduzieren nachteilig die Stromstrahlung.

(3) Wählen Sie die Gleichspannung der Referenzschicht. In diesem Fall wird aufgrund der schnelleren internen Signalverarbeitungsgeschwindigkeit des Prozessors viel Rauschen auf dem Power/Masse Referenzpin erzeugt. Daher ist es wichtig, Entkopplungskondensatoren zu verwenden, wenn dem Prozessor die gleiche Gleichspannung bereitgestellt wird und Entkopplungskondensatoren so effizient wie möglich eingesetzt werden. Der beste Weg, die Induktivität dieser Komponenten zu reduzieren, besteht darin, die Leiterbahnen so kurz wie möglich, so breit wie möglich und die Durchkontaktierungen so kurz wie möglich und zu dick zu verbinden.

Wenn die zweite Schicht als "Masse" zugewiesen ist und die vierte Schicht als Stromversorgung des Prozessors zugewiesen ist, sollte die obere Schicht des Prozessors und der Entkopplungskondensator kürzer sein, je weiter der Durchgangsabstand liegt. Es gibt keinen wichtigen Strom im Raum, der sich bis zur Unterseite der Platine erstreckt, und es gibt keine Antennenfunktion, wenn Kurzschluss geschlossen wird. Die Referenzkonfiguration des kaskadierenden Designlayouts ist in Tabelle 1 aufgeführt.

20-H-Regel, 3-W-Regel.

Es gibt zwei Grundprinzipien, um den Abstand zwischen der Stromversorgungsschicht des Mehrschichtplattenkondensators und der Kante der Platine im Kondensator-Design der Mehrschichtplatine zu bestimmen und den Abstand zwischen den gedruckten Streifen zu lösen: 20-H-Methode und 3-W-Methode.

20-H-Prinzip: HF-Strom liegt normalerweise am Rand der Leistungsebene vor. Dies liegt an der Verbindung zwischen magnetischen Flüssen. Wenn Hochgeschwindigkeits-Digitallogik und Taktsignale verwendet werden, werden die HF-Ströme miteinander gekoppelt, wie in Abbildung 1 gezeigt. Um diesen Effekt zu verringern, sollte die physikalische Größe der Leistungsebene mindestens 20H kleiner sein als die physikalische Größe, die der Erdungsebene am nächsten ist (H ist der Abstand zwischen der Leistungsebene und der Erdungsebene). Der Kanteneffekt der Leistungsebene tritt im Allgemeinen bei etwa 10H auf, und bei 20H wird etwa 10% des magnetischen Flusses blockiert, wenn Sie 98% des magnetischen Flusses erreichen möchten, ist ein 100% Grenzwert erforderlich, wie in Abbildung 1 gezeigt. Die 20-H Regel bestimmt den physikalischen Abstand zwischen der Leistungsebene und der nächsten Masseebene einschließlich der Dicke des kupferplattierten Laminats, vorfüllende und isolierende Isolationsschicht. Mit 20-H kann die Resonanzfrequenz der Leiterplatte erhöht werden.

3-W Regel: Wenn der Abstand zwischen zwei PCB gedruckt Linien sind klein, elektromagnetisches Übersprechen wird erzeugt, die den normalen Betrieb der zugehörigen Schaltkreise beeinflussen. Um diese Störung zu vermeiden, Der Abstand zwischen den gedruckten Zeilen sollte nicht kleiner als 3-mal sein, das ist, no less than 3W (W is the width of the printing line). Die gedruckte Linienbreite hängt mit den Anforderungen der Linienimpedanz zusammen. Zu breit beeinflusst die Verdrahtungsdichte, zu eng beeinträchtigt die Signalintegrität, und zu eng wirkt sich auf die Festigkeit des Übertragungsanschlusses aus. Die grundlegenden Anwendungsobjekte des 3-W-Prinzips sind Taktschaltungen, Differentialpaare und I/O Anschlussverdrahtung. Das "3-W-Prinzip" weist einfach auf die elektromagnetische Flussgrenze hin, an der Übersprechenergie um 70%abschwächt. Wenn höhere Anforderungen erforderlich sind, zum Beispiel, Die elektromagnetische Flussgrenze, an der die Übersprechenergiedämpfung um 98% garantiert ist, muss 10% betragen.