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PCBブログ
PCBボードスタックを設計する方法について
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PCBボードスタックを設計する方法について

2022-08-29
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Author:iPCB

PCBボード Aの各層電気的挙動を決定する際に特定の役割を果たす. 信号平面層は、コンポーネント間で電力および電気信号を運ぶ, しかし、あなたが適切に内部の層に銅飛行機を配置しない限り, 適切に機能しないかもしれない. 信号層に加えて, あなた PCBボード 力とグランドプレーンも必要, そして、あなたはそれらを PCBボード スタックは、新しいボードが正しく動作するようにスタック. それで、どこが力ですか, グラウンド, 信号層? これは2008年の長年の議論の一つです PCBボード デザイン, 設計者は慎重にボードの意図したアプリケーションを考慮する, コンポーネントの機能性, そして、ボード上の信号公差. あなたがインピーダンス変動の限界を理解するならば, ジッター, 電圧リップル. インピーダンス, クロストーク除去, あなたはボード上に配置する信号と平面層の正しい配置を決定することができます. 人生にあなたのデザイン意図をもたらす権利が必要です PCBボード デザインツールセット. あなたが層の何十ものシンプルな2層ボードまたは高速PCBを作成するかどうか, PCBボード 任意のアプリケーションに適した設計ソフトウェア.


シグナルプレーンスタックを定義するとき、エントリーレベルのデザイナーは極端に物事をする傾向があるかもしれません。彼らは、小さなステッチにつき板または専用の層につき2つの層を必要とするだけです。正しい答えは、ボード上のネットの数に応じて、回路のリップル/ジッタの許容レベル、ミックス信号の存在など、どこかの間にある場合は、一般的に、コンセプトのあなたの証明は、ブレッドボード上でうまく動作する場合は、2層のボード上で好きなすべてのレイアウト技術を使用することができますし、良い機会がボードが動作します。多くの場合、高速信号のためのグリッド接地方法を使用して、ある程度のEMI抑制を提供する必要がある場合がある。高速または高周波数(またはその両方)で動作するより複雑なデバイスの場合は、電源プレーン、グランドプレーン、および2つの信号面を含む少なくとも4つのPCBボードスタックアップが必要になります。信号プレーン・レイヤーの必要数を決定するときに、第1の考慮はシグナル・ネットのナンバーおよびシグナルの間の近似幅および間隔である。スタックに必要な信号層の数を推定しようとしているときには、次の2つの基本的な手順があります。

PCBボード

ネットカウントを決定する:回路図と提案されたボードディメンションからの単純なネットカウントは、ボードに必要な信号層の数を推定するために使用することができます。層の数は通常、スコア(net * trace width)/(ボード幅)に比例します。言い換えれば、より広いトレースを伴うより多くのネットは、ボードをより大きくするか、より多くの信号層を使用する必要がある。あなたは、特定のボードサイズですべてのネットを収容するために必要な信号層の正確な数を決定するためにここでの経験を使用してデフォルトにする必要があります。


あなたの飛行機層を加えてください:あなたがあなたの信号層のために制御されたインピーダンスルーティングを必要とするならば、現在、あなたは各々の制御されたインピーダンス信号層のためにリファレンス層を配置する必要があります。コンポーネントが密に充填されている場合、パワーレールを収容するために表面層に十分なスペースがないので、コンポーネント層の下にパワープレーンが必要である。これは、高正味のHDIボードに必要な2桁の表面層をもたらすことができるが、基準層は、シールドおよび一貫した特性インピーダンスを提供する。多層基板の層の正しい番号が決定されると、PCBボードの層の数を整理するために移動することができます。


PCBスタックの設計

PCBスタックアップ設計の次のステップは、各レイヤーをトレースパスを提供するように配置することです。あなたのラミネートは、通常、高温のアセンブリとハンドリングの間に反りを防ぐために中央の芯のまわりで対称に配置されます。インピーダンスが制御されることを確実にするために異なるトレース・プレイスのために特定の方程式を使用する必要があるので、平面と信号層の配置はインピーダンス制御ルーティングにとって重要です。剛体Flex Stop Upデザインでは、剛体のフレックス領域に対してスタック内の異なる領域を定義する必要があります。アレグロの層スタック設計ツールは、このプロセスを容易にします。回路図が空白のPCBボードレイアウトとして捕らえられたあと、層スタックは定義されることができます、そして、異なる層を通しての遷移は定義されることができます。次に、制御されたインピーダンスルーティングのために必要なトレースサイズを決定することができます。


ストリップ線路対マイクロストリップおよび制御インピーダンス

インピーダンスを制御するために、2つの平面層の間の内側層に配線されたトレースは、ストリップラインインピーダンス方程式を使用して設計されるべきである。この式は、ストリップ線路が特定の特性インピーダンス値を有するために必要な形状を定義する。インピーダンスを決定する式には3つの異なる幾何学的パラメータがあるので、与えられた板厚に対して層厚を決定するのに必要な層の数を最初に決定することは容易である。内部信号面層に対する銅の重みは、典型的には、0.5または1オンス/□フィートである。これは、特定の特性インピーダンスを決定するためのパラメータとしてトレース幅を使用する。表面層上のマイクロストリップラインについても同様である。層の厚さと銅の重量を決定した後、特性インピーダンスを定義するトレース幅を決定するだけでよい。PCBボードの設計ツールは、彼らの特性インピーダンスを定義するように、あなたのトレースのサイズを助けることができるインピーダンス計算機が含まれています。あなたが差動ペアを使用する必要がある場合は、ちょうど差動ペアとして各層のトレースを定義し、インピーダンス計算は、トレース間の正しい間隔を決定します。実際のボード上でルーティングされるとき、それらは容量的または他のトレースおよび導体に誘導的に結合され得る。近くの導体からの寄生容量およびインダクタンスは、実際のレイアウトのトレースインピーダンスを変えることができる。スタック内のすべての層のインピーダンスターゲットを満たしていることを確認するには、インピーダンス解析ツールを使用して、選択された信号ネット全体にインピーダンスを追跡する必要があります。PCBボードレイアウトの容認できないほど大きな変化を見るならば、あなたはすぐに跡を選ぶことができて、相互接続のこれらのインピーダンス変化を除くためにルーティングを調節することができます。このインピーダンス変化を排除するかまたは許容許容範囲内にそれをもたらすために、この領域のトレース間の間隔は調整されなければならない。設計ルールの所望のインピーダンス許容値を定義することができ、ポストレイアウトインピーダンス計算ツールは、所望のインピーダンス値に対してルーティングをチェックする。上記の議論において、我々はデジタル信号を見ただけです。すべてのアナログまたはミックス信号ボードはどうですか?アナログボードでは、電源の整合性は非常に簡単ですが、信号の整合性ははるかに困難です。ミックスされた信号ボードについては、ここで説明したアナログアプローチで上記のデジタルアプローチを組み合わせる必要があります。


デジタル信号の帯域幅を特定の高周波数に拡張することができ、通常、コーナ周波数は2値信号の周波数としてとられる。角周波数は約0 . 35/(立ち上がり時間)であり,立ち上がり時間が1 nsの信号では,角周波数は350 mhzである。約20 psまでのより速いデジタル信号のために、現在の周波数は、17.5 GHzに及ぶ。アナログ信号については、帯域幅は非常に狭いので、パワープレーンインピーダンスおよびその帯域幅内の挿入/戻り損失について心配する必要があるだけである。これは、パワー完全性と信号完全性をより簡単にします。この帯域外の信号連鎖における損失または高いPDNインピーダンスは無視できる。


信号分離

もう一つのオプションは、より積極的で、板の異なる部分の間の隔離を確実にするために、接地された銅粉またはフェンスを通しての使用を必要とします。あなたがアナログ跡の横に注ぐ地面をするならば、あなたはちょうど高い分離を持って、高周波アナログ信号をルーティングするための一般の選択である共平面導波管をつくりました。フェンスまたは他の高周波導電分離構造を使用する場合、電磁場ソルバを使用して分離を検討し、異なる信号層のアイソレーションが選択されるべきか否かを決定する。


リターンプラン

ボード上のアナログ信号とデジタル信号を混合することにより、接地ループ変位電流のトラッキングおよびデジタルおよびアナログボードセクション間の分離に厳しい要求が課せられる.レイアウト ボードのアナログリターンパスは、デジタルコンポーネントとその逆の交差しないことを確認する必要があります。これは単に、デジタル信号とアナログ信号をそれぞれの接地面によって分離された異なる層に分離する. これはコストを追加, それは、異なる部分の間の隔離を確実にします. アナログ電源は、それらがAC電力から引かれる場合、また、専用のアナログ電力ストリップを必要とする. パワーエレクトロニクス外, これはまれだ, しかし、概念的には、戻り経路計画を分析することができる限り、処理するのは簡単です. アナログ電源セクションが上流に置かれて、デジタル信号セクションから切り離されるならば, つのパワープレーンは、両方の信号. 戻りパスが正しく計画されている場合、異なる電源とグランドセクションの干渉を防ぐことができます. スイッチングレギュレータを有するDC電力部について, DCセクションのスイッチングノイズはACセクション12から切り離される必要がある, デジタル信号がアナログ信号から分離される必要があるのと同じように PCBボード.