Technologie PCB - À propos du choix de la structure empilée PCB design

Avant de concevoir un PCB multicouche, les concepteurs de PCB doivent d'abord déterminer la structure de la carte utilisée en fonction de la taille du circuit, de la taille de la carte et des exigences de compatibilité électromagnétique (CEM), c'est - à - dire décider d'utiliser une carte multicouche de 4, 6 ou plus. Après avoir déterminé le nombre de couches, on détermine où se trouvent les couches électriques internes et comment les différents signaux sont distribués sur ces couches. C'est le choix de la structure empilée multicouche PCB. La structure empilée est un facteur important affectant les performances EMC de la carte PCB et un moyen important de supprimer les interférences électromagnétiques. Cette section présentera le contenu connexe de la structure d'empilement de PCB multicouche. Après avoir déterminé le nombre de couches d'alimentation, de terre et de signal, leur arrangement relatif est un sujet que chaque ingénieur PCB ne peut pas éviter.

1. Principes généraux de la disposition des couches de carte de circuit imprimé:

1. Afin de déterminer la structure stratifiée de la carte PCB multicouche, de nombreux facteurs doivent être pris en compte. Du point de vue du câblage, plus il y a de couches, meilleur est le câblage, mais le coût et la difficulté de la fabrication de panneaux augmentent également. Pour les fabricants, si la structure stratifiée est symétrique ou non est un point important à prendre en compte lors de la fabrication d'une carte PCB, de sorte que le choix du nombre de couches doit tenir compte de tous les aspects des besoins pour un équilibre optimal.

2. La partie inférieure de la surface de l'élément (deuxième couche) est le plan de masse qui fournit le blindage du dispositif et le plan de référence pour le câblage supérieur; La couche de signal sensible doit être adjacente à la couche électrique interne (alimentation interne / couche de terre), en utilisant un grand film de cuivre de couche électrique interne pour protéger la couche de signal. La couche de transmission de signaux à grande vitesse dans le circuit devrait être une couche intermédiaire de signaux et être prise en sandwich entre deux couches électriques internes. De cette manière, les films de cuivre des deux couches électriques internes peuvent fournir un blindage électromagnétique pour la transmission de signaux à grande vitesse tout en limitant efficacement le rayonnement des signaux à grande vitesse entre les deux couches électriques internes sans provoquer de perturbations extérieures.

3. Toutes les couches de signal sont aussi proches que possible du plan de sol.

4. Essayez d'éviter que les deux couches de signal soient directement adjacentes; Il est facile d'introduire une diaphonie entre les couches de signal adjacentes, ce qui entraîne une défaillance fonctionnelle du circuit. L'ajout d'un plan de masse entre les deux couches de signal permet d'éviter efficacement la diaphonie.

5. L'alimentation principale est aussi proche que possible.

6. Considérez la symétrie de la structure stratifiée.

2. Structure d'empilement couramment utilisée dans la conception de PCB:

4 couches de panneaux

Les exemples suivants utilisent des panneaux à 4 couches pour illustrer comment optimiser la disposition et la combinaison de différentes structures stratifiées.

Il existe plusieurs méthodes d'empilage (de haut en bas) pour les panneaux à 4 couches couramment utilisés:

(1) siganl [1] (en haut), GNd [1] (en intérieur), Power [2] (en intérieur), siganl [2] (en bas).

(2) siganl [1] (en haut), Power [1] (en intérieur), GNd [2] (en intérieur), siganl [2] (en bas).

(3) Power (alimentation) (en haut), siganl [1] (interne [1]), GNd [2] (interne [2]) et siganl [2] (en bas).

Il est clair que le schéma 3 manque de couplage efficace entre la couche de puissance et la couche de terre et ne devrait pas être adopté.

Alors, comment choisir les options 1 et 2? Dans des circonstances normales, le concepteur choisira l'option 1 comme structure pour un panneau de 4 couches. La raison du choix n'est pas que vous ne pouvez pas prendre l'option 2, mais qu'une carte PCB normale ne place que des composants au niveau supérieur, il est donc plus approprié d'adopter l'option 1. Cependant, lorsqu'un composant doit être placé à la fois sur la couche supérieure et sur la couche inférieure, et que l'épaisseur diélectrique entre la couche interne de puissance et la couche de masse est importante et le couplage différentiel, il est nécessaire de considérer quelle couche a le moins de lignes de signal. Pour l'option 1, il y a moins de lignes de signal sur la couche inférieure et une grande surface de film de cuivre peut être utilisée pour le couplage avec la couche Power; Inversement, si l'ensemble est principalement disposé au rez - de - chaussée, l'option 2 doit être utilisée pour fabriquer la plaque.

6 couches de panneaux

Après avoir terminé l'analyse de la structure empilée d'un panneau de 4 couches, l'agencement et la combinaison d'un panneau de 6 couches et de la méthode préférée sont illustrés ci - dessous à l'aide d'un example de combinaison de panneaux de 6 couches. (1) siganl 1 (en haut), GNd (interne 1), siganl 2 (interne 2), siganl 3 (interne 3), Power (interne 4) et siganl 4 (en bas). La solution 1 utilise 4 couches de signal et 2 couches d'alimentation / terre internes. Il a plus de couches de signal, ce qui facilite le travail de câblage entre les composants. Cependant, les inconvénients de cette solution sont également plus évidents et se manifestent dans les deux aspects suivants.

1. La couche d'alimentation et la couche de mise à la terre sont très éloignées et ne sont pas suffisamment couplées.

2. Les couches de signal siganl 2 (Inner 2) et siganl 3 (Inner 3) sont directement adjacentes, de sorte que l'isolation du signal n'est pas bonne et que la diaphonie se produit facilement. (2) siganl 1 (en haut), siganl 2 (en intérieur 1), Power (en intérieur 2), GNd (en intérieur 3), siganl 3 (en intérieur 4) et siganl 4 (en bas).

Les couches de puissance et de terre du schéma 2 sont parfaitement couplées par rapport au schéma 1, ce qui présente certains avantages par rapport au schéma 1. Cependant, les couches de signal de siganl 1 (en haut) et siganl 2 (en intérieur 1) et siganl 3 (en intérieur 4) et siganl 4 (en bas) sont directement connectées. Adjacent, l'isolation du signal n'est pas bonne et le problème de la diaphonie facile n'a pas été résolu.

(3) siganl 1 (en haut), GNd (interne 1), siganl 2 (interne 2), Power (interne 3), GNd (interne 4) et siganl 3 (en bas).

Par rapport aux schémas 1 et 2, le schéma 3 comporte une couche de signal en moins et une couche électrique interne en plus. Bien que les couches disponibles pour le câblage soient réduites, cette solution résout les inconvénients courants des solutions 1 et 2.

1. Le plan d'alimentation et le plan de masse sont étroitement couplés.

2. Chaque couche de signal est directement adjacente à la couche électrique interne et efficacement isolée des autres couches de signal, il n'est pas facile d'avoir une diaphonie.

3. Siganl 2 (Inner 2) est adjacent à deux couches électriques internes GNd (Inner 1) et Power (Inner 3) qui peuvent être utilisées pour transmettre des signaux à grande vitesse. Les deux couches électriques internes permettent de masquer efficacement les interférences extérieures avec la couche siganl 2 (Inner 2) et les interférences extérieures avec la couche siganl 2 (Inner 2).

Dans l'ensemble, l'option 3 est clairement celle qui est la plus optimisée. Dans le même temps, le schéma 3 est également une structure empilée couramment utilisée pour les panneaux à 6 couches.

10 couches de panneaux

Conception typique de carte PCB de 10 couches

L'ordre général de câblage est top - GNd - Signal Layer - Power Layer - GNd - Signal Layer - Power Layer - Signal Layer - GNd - bottom

L'ordre de câblage lui - même n'est pas nécessairement fixe, mais il existe des normes et des principes qui le limitent: par exemple, les couches adjacentes de la couche supérieure et de la couche inférieure utilisent le GNd pour assurer les caractéristiques CEM du placage; Par example, chaque couche de signal utilise de préférence la couche GNd comme plan de référence; L'alimentation électrique utilisée dans l'ensemble du placage est de préférence posée sur toute la Feuille de cuivre; Sensible, à grande vitesse, aime sauter le long de la couche intérieure, etc.

Iii. Cas d'amélioration de la structure stratifiée de conception de PCB

Le problème

Le produit dispose de 8 groupes de ports réseau et de ports optiques. Le test a révélé que le débogage du signal entre le huitième Groupe de ports optiques et la puce a échoué, ce qui a entraîné l'échec du débogage du port optique n ° 8, qui ne fonctionnait pas, et les 7 autres groupes de ports optiques communiquant normalement.

1. Problèmes de confirmation

Confirmer, à partir des informations fournies par le client, que les deux lignes d'impédance différentielle entre le port optique 8 de la couche l6 et la puce 8 ne peuvent pas être déboguées;

Sur la base des informations fournies par le client, il est confirmé que les deux lignes d'impédance différentielle entre le port optique 8 sur la couche l6 et la puce 8 ne peuvent pas être déboguées

2. Empilage et exigences de conception fournies par le client

Améliorer l'effet

Le problème de défaillance du système causé par la diaphonie a été résolu en ajustant la structure d'empilement de PCB pour augmenter la distance entre les couches de signal adjacentes de la couche l56.