Schichtstruktur von PCB-Schichtauswahl- und Stapelprinzipien

Nach Abschluss des Vorlayouts der Komponenten liegt der Schwerpunkt auf der Analyse des Verdrahtungsengpasses der Leiterplatte.Kombiniert mit anderen EDA-Tools zur Analyse der Verdrahtungsdichte der Leiterplatte;und dann eine Kombination spezieller Verdrahtungsanforderungen der Signalleitungen, wie z. B. Differenzleitungen, empfindliche Signalleitungen usw., um die Anzahl und Art der Anzahl der Schichten der Signalschicht zu bestimmen;und dann entsprechend der Art der Stromversorgung, den Isolations- und Anti-Jamming-Anforderungen, um die Anzahl der Schichten der internen elektrischen Schicht zu bestimmen.Auf diese Weise wird grundsätzlich die Anzahl der Lagen der gesamten Leiterplatte bestimmt.

Nachdem Sie die Anzahl der Schichten der Leiterplatte bestimmt haben, besteht der nächste Schritt darin, die Platzierungsreihenfolge der verschiedenen Schichten der Schaltung sinnvoll festzulegen.In diesem Schritt sind hauptsächlich die folgenden zwei Punkte zu berücksichtigen.

(1) Verteilung spezieller Signalschichten.

(2) Verteilung der Strom- und Erdungsschichten.

Wenn die Leiterplatte über mehr Schichten verfügt, ist es umso schwieriger zu bestimmen, welche Kombination optimal ist, je mehr Kombinationsmöglichkeiten aus speziellen Signalschichten, Erdungsschichten und Stromversorgungsschichten angeordnet sind. Die allgemeinen Prinzipien lauten jedoch wie folgt.

(1) Die Signalschicht sollte an eine interne Stromschicht (interne Strom-/Erdungsschicht) angrenzen, wobei der große Kupferfilm der internen Stromschicht zur Abschirmung der Signalschicht verwendet werden sollte.

(2) Die internen Leistungs- und Erdungsschichten sollten eng gekoppelt sein, dh die dielektrische Dicke zwischen den internen Leistungs- und Erdungsschichten sollte einen kleineren Wert annehmen, um die Kapazität zwischen den Leistungs- und Erdungsschichten zu erhöhen und die Resonanzfrequenz zu erhöhen.

(3) Die Hochgeschwindigkeitssignalübertragungsschicht in der Schaltung sollte eine Signalzwischenschicht sein und zwischen den beiden internen Leistungsschichten liegen.Auf diese Weise kann der Kupferfilm der beiden inneren elektrischen Schichten eine elektromagnetische Abschirmung für die Hochgeschwindigkeitssignalübertragung bieten und außerdem die Strahlung von Hochgeschwindigkeitssignalen zwischen den beiden inneren elektrischen Schichten wirksam begrenzen, ohne die Außenwelt zu stören.

(4) Vermeiden Sie zwei direkt nebeneinander liegende Signalschichten.Es kann leicht zu Übersprechen zwischen benachbarten Signalschichten kommen, was zu Schaltungsausfällen führen kann.Durch das Hinzufügen einer Masseebene zwischen zwei Signalschichten kann Übersprechen wirksam vermieden werden.

(5) Mehrere geerdete interne elektrische Schichten können die Erdungsimpedanz effektiv reduzieren.Beispielsweise kann die Verwendung separater Masseebenen für die A-Signalschicht und die B-Signalschicht Gleichtaktstörungen effektiv reduzieren.

(6) Berücksichtigen Sie die Symmetrie des Schichtaufbaus.

Häufig verwendete laminierte Strukturen

Nachfolgend finden Sie ein Beispiel einer 4-schichtigen Platte, um zu veranschaulichen, wie Sie die Anordnung und Kombination verschiedener laminierter Strukturen bevorzugen.

Für eine üblicherweise verwendete 4-Lagen-Platte gibt es die folgenden Arten der Lagenstapelung (von der oberen zur unteren Lage).

(1) Siganl_1 (Oben), GND (Inner_1), POWER (Inner_2), Siganl_2 (Unten).

(2) Siganl_1 (Oben), POWER (Inner_1), GND (Inner_2), Siganl_2 (Unten).

(3) POWER (Oben), Siganl_1 (Inner_1), GND (Inner_2), Siganl_2 (Unten).

Offensichtlich mangelt es den Strom- und Erdungsschichten der Option 3 an einer effektiven Kopplung und sie sollten nicht übernommen werden.

Wie sollten also Option 1 und Option 2 ausgewählt werden?Typischerweise wählen Designer Option 1 als Aufbau für eine 4-Lagen-Platine.Der Grund für diese Wahl liegt nicht darin, dass Option 2 nicht verwendet werden kann, sondern darin, dass Leiterplatten im Allgemeinen Komponenten nur auf der obersten Schicht platzieren, sodass Option 1 geeigneter ist.Wenn jedoch Komponenten sowohl auf der oberen als auch auf der unteren Schicht platziert werden müssen und die dielektrische Dicke zwischen den internen Leistungs- und Erdungsschichten groß und die Kopplung schlecht ist, muss berücksichtigt werden, welche Schicht weniger Signalleitungen hat.Bei Option 1 verfügt die untere Schicht über weniger Signalleitungen und eine große Kupferfolienfläche kann zur Kopplung mit der POWER-Schicht verwendet werden.Sind hingegen Bauteile überwiegend in der unteren Lage angeordnet, sollte für die Platine Variante 2 gewählt werden.

Wenn die laminierte Struktur wie in Abbildung 11-1 dargestellt ist, dann wurden die Leistungs- und Erdungsschichten selbst unter Berücksichtigung der Symmetrieanforderungen und der allgemeinen Verwendung von Schema 1 gekoppelt.

Nach Abschluss der Analyse der laminierten Struktur der 4-Lagen-Platte ist im Folgenden ein Beispiel für eine 6-Lagen-Plattenkombinationsmethode aufgeführt, um die Anordnung und Kombination der 6-Lagen-Platten-Laminatstruktur und die bevorzugte Methode zu veranschaulichen.

(1) Siganl_1 (Oben), GND (Inner_1), Siganl_2 (Inner_2), Siganl_3 (Inner_3), POWER (Inner_4), Siganl_4 (Unten).

Schema 1 verwendet 4 Signalschichten und 2 interne Strom-/Masseschichten mit mehr Signalschichten, was die Verkabelungsarbeit zwischen Komponenten erleichtert, aber die Mängel dieses Schemas sind auch offensichtlicher, wie in den folgenden beiden Aspekten gezeigt.

① Die Strom- und Erdungsschichten sind weit voneinander entfernt und nicht ausreichend gekoppelt.

② Die Signalschichten Siganl_2 (Inner_2) und Siganl_3 (Inner_3) liegen direkt nebeneinander, die Signalisolierung ist nicht gut und es kann leicht zu Übersprechen kommen.

2) Siganl_1 (Oben), Siganl_2 (Inner_1), POWER (Inner_2), GND (Inner_3), Siganl_3 (Inner_4), Siganl_4 (Unten).

Schema 2 hat gegenüber Schema 1 den Vorteil, dass die Leistungs- und Erdungsschichten ausreichend gekoppelt sind, die Probleme der Signalschichten Siganl_1 (oben) und Siganl_2 (Innen_1) sowie Siganl_3 (Innen_4) und Siganl_4 (unten) jedoch direkt nebeneinander liegen , mit schlechter Signalisolierung und Anfälligkeit für Übersprechen werden nicht behoben.

(3) Siganl_1 (Oben), GND (Inner_1), Siganl_2 (Inner_2), POWER (Inner_3), GND (Inner_4), Siganl_3 (Unten).

Im Vergleich zu Schema 1 und Schema 2 verfügt Schema 3 über eine Signalschicht weniger und eine innere elektrische Schicht mehr.Obwohl die Anzahl der für die Verdrahtung verfügbaren Schichten reduziert wird, behebt das Schema die gemeinsamen Mängel von Schema 1 und Schema 2.

① Die Leistungs- und Erdungsschichten sind eng miteinander verbunden.

② Jede Signalschicht grenzt direkt an die innere elektrische Schicht und es besteht eine wirksame Isolierung von allen anderen Signalschichten, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Übersprechen geringer ist.

③ Siganl_2 (Inner_2) und die beiden inneren elektrischen Schichten GND (Inner_1) und POWER (Inner_3) liegen nebeneinander und können zur Übertragung von Hochgeschwindigkeitssignalen verwendet werden.Die beiden inneren elektrischen Schichten können die externen Störungen wirksam gegen die Schicht Siganl_2 (Inner_2) und die Schicht Siganl_2 (Inner_2) gegen externe Störungen abschirmen.

Auswahl der Referenzebene

Wenn sich das Hochgeschwindigkeitssignal im Prozess der Signalvorwärtsausbreitung auf der Signalleitung ausbreitet, tritt aufgrund der kapazitiven Kopplung zwischen den Referenzebenen beim Auftreten von dV/dt das Phänomen auf, dass der Strom zur Referenz fließt Ebene durch den Kopplungskondensator, und an der Position unterhalb der Übertragungsleitung fließt ein vorübergehender Strom zurück zum Quellkreis.

Wenn die Stromversorgungsschicht als Referenzebene verwendet wird, fließt der Signalrückstrom zunächst zur Stromversorgungsschicht, dann über den Cpg zwischen der Stromversorgung und dem Erdungsnetzwerk zum Erdungsnetzwerk und schließlich zum Quellkreis durch die Erdungsschicht und bildet schließlich eine vollständige Stromversorgungsschleife.Die Kontrolle der Schleifenimpedanz von Hochgeschwindigkeitssignalen ist sehr wichtig, da sie sich direkt auf die Signalübertragungseigenschaften auswirkt.

Theoretisch können Leistungssignalschichten wie bei Masseebenen auf Signalrückführungspfade mit niedriger Impedanz angewendet werden.Unter der Annahme einer ausreichenden Bypass-Kapazität ist die Übertragung auf der Leistungsebene genauso gut wie auf Masse, und eine Übertragungsleitung mit Leistungsebene und Masseebene oder mit einer Bandübertragungsleitung mit zwei Leistungsebenen funktioniert.Wenn das Signal jedoch auf die Leistungsebene bezogen ist, ist einer der Rückwege, der den größten Einfluss auf das Signal hat, der kapazitive Kanal zwischen den Cpg-Leistungs- und Erdungsnetzwerken.Es kann sich um eine komplexe Verteilung der Entkopplungskapazität im Erdungsnetz der Stromversorgung handeln, es kann aber auch eine flache Kapazität zwischen den Ebenen der Erdungsschicht der Stromversorgung enthalten sein. Aufgrund der Komplexität der Zusammensetzung sind die Impedanzeigenschaften an jedem Frequenzpunkt unterschiedlich. Es ist schwierig zu quantifizieren und zu kontrollieren, daher ist es schwierig, diese Annahme zu begründen.

Auch wenn die Leistungsschicht näher an der Signalschicht liegt, wird das Rücksignal über die Leistungsschicht zur Masseschicht zurückgeführt, da der Signaleingang auf der Masseschicht als Referenzschicht basiert.Wenn die Entkopplung jedoch nicht gut durchgeführt wird, ist die Impedanz zwischen der Leistungs- und der Erdungsschicht groß, und das Rücksignal unterliegt dann einer großen Impedanz.

Die Signalreferenz-Leistungsschicht bestimmt die Signalqualität. Die Impedanz zwischen der Erdungsschicht der Stromversorgung ist der Haupteinflussfaktor. Je höher die Signalfrequenz, desto offensichtlicher ist der Einfluss.**Natürlich können nicht alle Signale auf die Stromversorgung verwiesen werden. Insbesondere ist es am besten, wie viele Frequenzen und welche Signale auf die Stromversorgung verwiesen werden können. Dies hängt vom tatsächlichen PCB-Design und der tatsächlichen Situation des PDN-Netzwerks ab Simulationssoftware zur Analyse und Verifizierung einzusetzen.

Bei einigen Signaldesigns ist es erforderlich, auf die eigene Stromversorgungsschicht zu verweisen. Warum ist das so?

Dies liegt daran, dass die internen Signale des Chips auf die Stromversorgung bezogen sind. Daher ist es besser, die Stromversorgung auf der Platine zu referenzieren.Da die meisten Chips beim Entwurf von Hochgeschwindigkeitssignalen jedoch auf die Erde bezogen sind, wird in den meisten Entwurfsrichtlinien für Hochgeschwindigkeitssignale empfohlen, sich auf die Erde zu beziehen, obwohl Leistungsentkopplungskondensatoren im Hochfrequenzband niedrige Impedanzeigenschaften aufweisen , Strom- und Erdungsleistung für Äquipotential, aber durch die Entkopplungskondensatoren mit der Lage der Platzierung kann das Problem den Signalrücklaufbereich vergrößern, wodurch die Qualität des Signals beeinträchtigt wird, daher für die meisten Hochgeschwindigkeitssignale, Verweis auf die Status des Besseren.