В целом, существует два основных правила ламинированного дизайна:
1. Каждый слой маршрутизации должен иметь смежный опорный слой (питание или формирование);
2. Соседний основной слой электропитания и заземление должны находиться на минимальном расстоянии, чтобы обеспечить большую емкость связи;
Ниже приведен пример стека из двух-восьми слоев:
A. Односторонняя печатная плата и двухсторонняя ламинированная печатная плата
При двухслойной схеме, ввиду малого количества слоёв, проблемы ламинирования не возникает. Контроль электромагнитного излучения в основном осуществляется с учётом электропроводки и компоновки;
Электромагнитная совместимость однослойных и двухслойных плат становится всё более актуальной. Основная причина этого явления заключается в слишком большой площади сигнального контура, что не только создаёт сильное электромагнитное излучение, но и делает цепь чувствительной к внешним помехам. Простейший способ улучшить электромагнитную совместимость линии — уменьшить площадь контура критического сигнала.
Критический сигнал: С точки зрения электромагнитной совместимости критический сигнал в основном относится к сигналу, создающему сильное излучение и чувствительному к внешнему миру. Сигналы, создающие сильное излучение, обычно являются периодическими, например, низкочастотные сигналы часов или адресов. Чувствительные к помехам сигналы – это низкочастотные аналоговые сигналы.
Однослойные и двухслойные пластины обычно используются в конструкциях для моделирования низких частот ниже 10 кГц:
1) Прокладывайте силовые кабели в одном слое радиально и минимизируйте суммарную длину линий;
2) При прокладке проводов питания и заземления близко друг к другу проложите провод заземления как можно ближе к сигнальному проводу. Это уменьшает площадь контура и снижает чувствительность дифференциального излучения к внешним помехам. При добавлении провода заземления рядом с сигнальным проводом образуется контур наименьшей площади, и ток сигнала должен проходить через него, а не через другой контур заземления.
3) Если это двухслойная печатная плата, можно разместить на другой стороне платы, рядом с сигнальной линией, вдоль сигнальной линии, заземляющий провод как можно шире. Площадь платы в результате будет равна толщине платы, умноженной на длину сигнальной линии.
B.Ламинирование четырех слоев
1. Сигнал-земля (PWR)-PWR (GND)-SIG;
2. GND-SIG(PWR)-SIG(PWR)-GND;
Для обеих этих ламинированных конструкций потенциальная проблема связана с традиционной толщиной пластин 1,6 мм (62 мила). Расстояние между слоями увеличится, что не только способствует управлению импедансом, межслойной связи и экранированию, но и, в частности, уменьшает ёмкость пластин и не способствует фильтрации помех.
Первая схема обычно используется в случае большого количества микросхем на плате. Эта схема может обеспечить лучшие характеристики SI, но характеристики электромагнитных помех не очень хороши, что в основном определяется разводкой и другими деталями. Основное внимание: формирование размещается в сигнальном слое с наибольшей плотностью, что способствует поглощению и подавлению излучения; увеличение площади пластины для соответствия правилу 20H.
Вторая схема обычно используется в случаях, когда плотность кристаллов на плате достаточно низкая, а вокруг кристалла достаточно места для нанесения необходимого медного покрытия. В этой схеме внешний слой печатной платы представляет собой слой, а два средних слоя – сигнальный и силовой. Питание на сигнальном слое прокладывается широкой линией, что позволяет снизить импеданс цепи питания и сопротивление сигнальной микрополосковой линии, а также экранировать внутреннее излучение сигнала через внешний слой. С точки зрения контроля электромагнитных помех, это лучшая из доступных четырёхслойных структур печатной платы.
Основное внимание: два средних слоя сигнала и слоя смешивания питания должны быть открыты, направление линии – вертикальное, чтобы избежать перекрёстных помех; Необходимо обеспечить соответствующую область панели управления, соответствующую правилам 20H; Если необходимо контролировать импеданс проводов, очень тщательно прокладывайте провода под медными островками питания и заземления. Кроме того, питание или прокладка медных проводов должны быть максимально связаны между собой для обеспечения связи по постоянному току и низкой частоте.
C.Ламинирование шести слоев пластин
Для проектирования платы с высокой плотностью кристалла и высокой тактовой частотой следует рассмотреть вариант 6-слойной платы. Рекомендуется использовать метод ламинирования:
1.SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG;
В этой схеме ламинирование обеспечивает хорошую целостность сигнала: сигнальный слой расположен рядом с заземляющим, а силовой слой – в паре с заземляющим. Импеданс каждого слоя маршрутизации хорошо контролируется, и оба слоя хорошо поглощают магнитные поля. Кроме того, это обеспечивает лучший обратный путь для каждого сигнального слоя при условии полного питания и формирования.
2. GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND;
В данной схеме эта схема применима только в случае невысокой плотности компонентов. Этот слой обладает всеми преимуществами верхнего слоя, а заземляющий слой верхнего и нижнего слоёв относительно целостный, что может использоваться в качестве лучшего экранирующего слоя. Важно отметить, что слой питания должен располагаться рядом со слоем, не являющимся основным компонентным слоем, поскольку нижний слой будет более целостным. Следовательно, характеристики электромагнитных помех выше, чем у первой схемы.
Резюме: В схеме шестислойной платы расстояние между слоем питания и слоем заземления должно быть минимизировано для обеспечения хорошего сопряжения по питанию и заземлению. Однако, несмотря на уменьшение толщины пластины (62 мил) и расстояния между слоями, контролировать расстояние между основным источником питания и слоем заземления всё ещё сложно. По сравнению с первой и второй схемами, стоимость второй схемы значительно выше. Поэтому при использовании стека мы обычно выбираем первый вариант. При проектировании следует соблюдать правила 20H и правила зеркального слоя.
D.Ламинирование восьми слоев
1. Из-за низкой способности поглощать электромагнитное излучение и высокого сопротивления этот способ ламинирования не является эффективным. Его структура выглядит следующим образом:
1.Сигнал 1, поверхность компонента, слой микрополосковой разводки
2. Сигнал 2, внутренний микрополосковый слой маршрутизации, хороший слой маршрутизации (направление X)
3.Земля
4. Сигнал 3 Слой маршрутизации полосковой линии, хороший слой маршрутизации (направление Y)
5. Слой прокладки кабеля Signal 4
6.Мощность
7. Сигнал 5, внутренний слой микрополосковой разводки
8. Сигнал 6. Микрополосковый проводной слой
2. Это вариант третьего режима стекирования. Благодаря добавлению опорного слоя он обладает улучшенными характеристиками электромагнитной совместимости и позволяет лучше контролировать волновое сопротивление каждого сигнального слоя.
1. Поверхность компонента сигнала 1, слой микрополосковой разводки, хороший слой разводки
2. Грунтовый слой, хорошая способность поглощать электромагнитные волны
3. Слой прокладки кабеля сигнала 2. Хороший слой прокладки кабеля.
4. Слой питания и последующие слои обеспечивают отличное поглощение электромагнитного излучения. 5. Слой грунта.
6. Слой прокладки кабеля Signal 3. Хороший слой прокладки кабеля.
7. Формирование мощности с большим импедансом мощности
8. Сигнал 4. Микрополосковый кабельный укладчик. Хороший кабельный укладчик.
3. Лучший режим штабелирования, поскольку использование многослойной заземляющей опорной плоскости имеет очень хорошую способность поглощения геомагнитного поля.
1. Поверхность компонента сигнала 1, слой микрополосковой разводки, хороший слой разводки
2. Грунтовый слой, хорошая способность поглощать электромагнитные волны
3. Слой прокладки кабеля сигнала 2. Хороший слой прокладки кабеля.
4. Слой питания и последующие слои обеспечивают отличное поглощение электромагнитного излучения. 5. Слой грунта.
6. Слой прокладки кабеля Signal 3. Хороший слой прокладки кабеля.
7. Слой земли, лучшая способность поглощения электромагнитных волн
8. Сигнал 4. Микрополосковый кабельный укладчик. Хороший кабельный укладчик.
Выбор количества и способа использования слоёв зависит от количества сигнальных цепей на плате, плотности размещения компонентов, плотности выводов, частоты сигнала, размера платы и многих других факторов. Необходимо учитывать эти факторы. Чем больше количество сигнальных цепей, тем выше плотность компонентов, тем выше плотность выводов и тем выше частота сигнала, которую следует максимально использовать. Для обеспечения хороших характеристик электромагнитной совместимости рекомендуется, чтобы каждый сигнальный слой имел свой собственный опорный слой.
Время публикации: 26 июня 2023 г.
