In generale, ci sono due regole principali per la progettazione laminata:
1. Ogni livello di routing deve avere un livello di riferimento adiacente (alimentazione o formazione);
2. Lo strato di alimentazione principale adiacente e la terra devono essere mantenuti a una distanza minima per fornire un'elevata capacità di accoppiamento;
Di seguito è riportato un esempio di pila da due a otto strati:
A. Scheda PCB monofacciale e scheda PCB bifacciale laminata
Per due strati, poiché il numero di strati è ridotto, non vi è alcun problema di laminazione. Il controllo delle radiazioni EMI è considerato principalmente a partire dal cablaggio e dal layout;
La compatibilità elettromagnetica delle piastre a strato singolo e doppio strato sta diventando sempre più evidente. La causa principale di questo fenomeno è l'eccessiva estensione dell'area del loop del segnale, che non solo produce forti radiazioni elettromagnetiche, ma rende anche il circuito sensibile alle interferenze esterne. Il modo più semplice per migliorare la compatibilità elettromagnetica di una linea è ridurre l'area del loop di un segnale critico.
Segnale critico: dal punto di vista della compatibilità elettromagnetica, il segnale critico si riferisce principalmente al segnale che produce forti radiazioni ed è sensibile al mondo esterno. I segnali che possono produrre forti radiazioni sono solitamente segnali periodici, come i segnali di clock o di indirizzi a bassa frequenza. I segnali sensibili alle interferenze sono quelli con bassi livelli di segnali analogici.
Le piastre a strato singolo e doppio vengono solitamente utilizzate nei progetti di simulazione a bassa frequenza, inferiori a 10 KHz:
1) Instradare i cavi di alimentazione sullo stesso strato in modo radiale e ridurre al minimo la somma della lunghezza delle linee;
2) Quando si percorrono l'alimentatore e il cavo di terra, uno vicino all'altro; posizionare un cavo di terra vicino al cavo del segnale principale, il più vicino possibile. In questo modo, si forma un'area di loop più piccola e si riduce la sensibilità della radiazione di modo differenziale alle interferenze esterne. Quando si aggiunge un cavo di terra accanto al cavo del segnale, si forma un circuito con un'area più piccola e la corrente del segnale deve essere instradata attraverso questo circuito anziché attraverso l'altro percorso di terra.
3) Se si tratta di un circuito stampato a doppio strato, è possibile posizionarlo sull'altro lato del circuito stampato, vicino alla linea di segnale sottostante, e lungo la linea di segnale stendere un filo di terra, il più largo possibile. L'area del circuito risultante è pari allo spessore del circuito stampato moltiplicato per la lunghezza della linea di segnale.
B. Laminazione di quattro strati
1. Sig-gnd (PWR)-PWR (GND)-SIG;
2. GND-SIG(PWR)-SIG(PWR)-GND;
Per entrambi questi progetti laminati, il potenziale problema risiede nel tradizionale spessore della piastra di 1,6 mm (62 mil). La spaziatura tra gli strati diventerà ampia, non solo a vantaggio dell'impedenza di controllo, dell'accoppiamento interstrato e della schermatura, ma anche a vantaggio di un'elevata capacità di placcatura. In particolare, l'ampia spaziatura tra gli strati di alimentazione riduce la capacità di placca e non favorisce il filtraggio del rumore.
Il primo schema viene solitamente utilizzato in presenza di un gran numero di chip sulla scheda. Questo schema può garantire migliori prestazioni SI, ma le prestazioni EMI non sono altrettanto buone, il che è principalmente controllato dal cablaggio e da altri dettagli. Attenzione principale: la formazione è posizionata nello strato di segnale più denso, favorendo l'assorbimento e la soppressione delle radiazioni; aumentare l'area della piastra per riflettere la regola 20H.
Per il secondo schema, viene solitamente utilizzato quando la densità dei chip sulla scheda è sufficientemente bassa e l'area attorno al chip è sufficiente per posizionare il rivestimento in rame di potenza richiesto. In questo schema, lo strato esterno del PCB è interamente a strati e i due strati centrali sono lo strato di segnale/potenza. L'alimentazione sullo strato di segnale è instradata con una linea larga, che può ridurre l'impedenza del percorso della corrente di alimentazione e anche l'impedenza del percorso della microstriscia di segnale è bassa, e può anche schermare la radiazione del segnale interno attraverso lo strato esterno. Dal punto di vista del controllo EMI, questa è la migliore struttura PCB a 4 strati disponibile.
Attenzione principale: i due strati centrali del segnale, la spaziatura dello strato di miscelazione della potenza deve essere aperta, la direzione della linea è verticale, evitare la diafonia; area del pannello di controllo appropriata, che riflette le regole 20H; se è necessario controllare l'impedenza dei cavi, posare con molta attenzione i cavi sotto le isole di rame dell'alimentatore e della terra. Inoltre, l'alimentatore o la posa del rame devono essere interconnessi il più possibile per garantire la connettività CC e a bassa frequenza.
C. Laminazione di sei strati di piastre
Per la progettazione di chip ad alta densità e alta frequenza di clock, si consiglia di utilizzare schede a 6 strati. Si consiglia il metodo di laminazione:
1.SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG;
Per questo schema, lo schema di laminazione garantisce una buona integrità del segnale, con lo strato di segnale adiacente allo strato di messa a terra, lo strato di potenza accoppiato allo strato di messa a terra, l'impedenza di ciascun strato di routing può essere ben controllata ed entrambi gli strati possono assorbire bene le linee magnetiche. Inoltre, può fornire un percorso di ritorno migliore per ciascun strato di segnale in condizioni di alimentazione e formazione complete.
2. GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND;
Per questo schema, questo si applica solo al caso in cui la densità del dispositivo non sia molto elevata. Questo strato presenta tutti i vantaggi dello strato superiore e il piano di massa degli strati superiore e inferiore è relativamente completo, il che può essere utilizzato come strato di schermatura migliore. È importante notare che lo strato di potenza dovrebbe essere vicino allo strato che non è il piano del componente principale, perché il piano inferiore sarà più completo. Pertanto, le prestazioni EMI sono migliori rispetto al primo schema.
Riepilogo: Per lo schema di una scheda a sei strati, la spaziatura tra lo strato di alimentazione e la massa dovrebbe essere ridotta al minimo per ottenere un buon accoppiamento tra potenza e massa. Tuttavia, nonostante lo spessore della piastra di 62 mil e la spaziatura tra gli strati siano ridotti, è ancora difficile controllare la spaziatura tra la fonte di alimentazione principale e lo strato di massa. Rispetto al primo e al secondo schema, il costo del secondo schema è notevolmente aumentato. Pertanto, di solito scegliamo la prima opzione quando eseguiamo lo stacking. Durante la progettazione, seguiamo le regole 20H e le regole dello strato speculare.
D. Laminazione di otto strati
1. A causa della scarsa capacità di assorbimento elettromagnetico e dell'elevata impedenza di potenza, questo non è un buon metodo di laminazione. La sua struttura è la seguente:
1.Superficie del componente del segnale 1, strato di cablaggio microstrip
2. Strato di routing microstrip interno del segnale 2, buon strato di routing (direzione X)
3.Terra
4. Livello di routing della linea Strip 3 del segnale, livello di routing buono (direzione Y)
5. Livello di instradamento dei cavi del segnale 4
6.Potenza
7. Strato di cablaggio microstrip interno del segnale 5
8. Strato di cablaggio microstrip del segnale 6
2. È una variante della terza modalità di stacking. Grazie all'aggiunta di uno strato di riferimento, offre migliori prestazioni EMI e l'impedenza caratteristica di ogni strato di segnale può essere ben controllata.
1.Superficie del componente del segnale 1, strato di cablaggio microstrip, buon strato di cablaggio
2. Strato di terra, buona capacità di assorbimento delle onde elettromagnetiche
3. Livello di instradamento dei cavi del segnale 2. Buono strato di instradamento dei cavi
4. Lo strato di potenza e gli strati successivi costituiscono un eccellente assorbimento elettromagnetico 5. Lo strato di terra
6. Livello di instradamento dei cavi del segnale 3. Buono strato di instradamento dei cavi
7. Formazione di potenza, con grande impedenza di potenza
8. Strato di cavi microstrip Signal 4. Buono strato di cavi
3. La migliore modalità di impilamento, perché l'uso di un piano di riferimento a terra multistrato ha un'ottima capacità di assorbimento geomagnetico.
1.Superficie del componente del segnale 1, strato di cablaggio microstrip, buon strato di cablaggio
2. Strato di terra, buona capacità di assorbimento delle onde elettromagnetiche
3. Livello di instradamento dei cavi del segnale 2. Buono strato di instradamento dei cavi
4. Lo strato di potenza e gli strati successivi costituiscono un eccellente assorbimento elettromagnetico 5. Lo strato di terra
6. Livello di instradamento dei cavi del segnale 3. Buono strato di instradamento dei cavi
7. Strato di terra, migliore capacità di assorbimento delle onde elettromagnetiche
8. Strato di cavi microstrip Signal 4. Buono strato di cavi
La scelta del numero di livelli da utilizzare e del modo in cui utilizzarli dipende dal numero di reti di segnale sulla scheda, dalla densità del dispositivo, dalla densità dei PIN, dalla frequenza del segnale, dalle dimensioni della scheda e da molti altri fattori. Dobbiamo tenere in considerazione questi fattori. Maggiore è il numero di reti di segnale, maggiore è la densità del dispositivo, maggiore è la densità dei PIN e maggiore dovrebbe essere la frequenza del segnale da adottare, per quanto possibile. Per buone prestazioni EMI è meglio assicurarsi che ogni livello di segnale abbia il proprio livello di riferimento.
Data di pubblicazione: 26-06-2023
