W przypadku szybkich i skomplikowanych projektów obwodów często stosuje się więcej niż cztery warstwy. Jak wybrać odpowiedni stack? W tym artykule przeanalizowano powszechnie stosowane układy PCB.

Plan projektowania czterowarstwowego układu PCB

Układanie PCB 1 opcjonalnie:

Góra, GND2, PWR3, DÓŁ

Jest to standardowe rozwiązanie 4-warstwowe dla przemysłu. Pod główną powierzchnią urządzenia, będącą jednocześnie warstwą okablowania, znajduje się kompletna i solidna płaszczyzna uziemienia.

Grubość rdzenia pomiędzy warstwami płaszczyzny zasilania i płaszczyzny uziemienia nie powinna być zbyt duża przy ustalaniu grubości warstwy. Zmniejszy to impedancję rozprowadzaną przez płaszczyznę zasilania i płaszczyzny uziemienia, a także zapewni osiągnięcie płaskiego efektu filtrowania pojemnościowego.

Układanie PCB 2 opcjonalnie:

Góra, GND3, PWR2, DÓŁ

Trzecią warstwę należy położyć na płaszczyźnie podłoża, jeśli warstwa DOLNA jest powierzchnią głównego elementu lub jeśli znajdują się tam linie sygnałowe.

Przy ustalaniu grubości warstwy grubość płyty nośnej pomiędzy warstwami płaszczyzny podłoża i płaszczyzny mocy powinna być utrzymywana na minimalnym poziomie.

Układanie PCB 3 opcjonalnie:

GND1, S2, S3, GND4/PWR4

To rozwiązanie stosowane jest w przypadku płytek filtrów interfejsów i konstrukcji płyt montażowych. GND i PGND można ułożyć odpowiednio na pierwszej i czwartej warstwie, ponieważ na płycie nie ma planu zasilania.

Na warstwie wierzchniej (warstwie powierzchniowej) można zastosować tylko kilka krótkich linii. Miedź jest również układana na warstwach przewodów S02 i S03 w celu kontroli symetrii i zapewnienia zachowania płaszczyzny okablowania powierzchniowego.

Plan projektu sześciowarstwowej płytki PCB

Układanie PCB 1 opcjonalnie:

GÓRA, GND2, S3, PWR4, GND5, Dół

Jest to standardowe rozwiązanie 6-warstwowe dla przemysłu. Ma 3 warstwy okablowania i 3 płaszczyzny odniesienia. Ważne jest, aby grubość płytki pomiędzy czwartą i piątą warstwą nie przekraczała określonej granicy, aby uzyskać niską impedancję linii przesyłowej.

Niska impedancja może zwiększyć zdolność odsprzęgania zasilacza.

Ta trzecia warstwa to warstwa okablowania. W tej warstwie należy umieścić linie wysokiego ryzyka, takie jak linie zegara, aby zachować integralność sygnału i oprzeć się energii elektromagnetycznej. Następną najlepszą warstwą do routingu jest warstwa dolna. Górna warstwa jest trasowalna.

Układanie PCB 2 opcjonalnie:

GÓRA, GND2, S3, S4, PWR5, DÓŁ

To rozwiązanie stosuję się, gdy ścieżek jest zbyt dużo i nie ma możliwości ułożenia trzech warstw okablowania.

Rozwiązanie zawiera cztery warstwy okablowania, dwie płaszczyzny odniesienia i dwie warstwy sygnału pomiędzy płaszczyzną zasilania i uziemienia. Płaszczyzna zasilania nie jest oddzielona od warstwy uziemiającej.

Warstwa 3 znajduje się blisko płaszczyzny uziemienia i dlatego należy ją stosować w przypadku okablowania wysokiego ryzyka, takiego jak zegary. Warstwy routingu to 1, 4 i 6 warstw.

Układanie PCB 3 opcjonalnie:

GÓRA, S2, GND3, PWR4, S5, DÓŁ

Rozwiązanie to posiada cztery warstwy okablowania oraz dwie płaszczyzny odniesienia.

Struktura ta ma plan płaszczyzny zasilania/uziemienia z małymi odstępami, co zapewnia obniżoną impedancję mocy, a także optymalne oddzielenie mocy.

Góra i dół to złe warstwy okablowania. Warstwa okablowania znajduje się w drugiej warstwie najbliżej płaszczyzny uziemienia. Można go stosować do sygnałów wysokiego ryzyka, takich jak zegary.

Warstwa 5 może być używana do sygnałów wysokiego ryzyka, jeśli zapewniona jest ścieżka RF. W przypadku 1, 2, 5 i 6 warstw zalecane jest okablowanie skrosowane.

Plan projektowania stosu płytek PCB składających się z ośmiu warstw

Układanie PCB 1 opcjonalnie:

TOP、GND2、S3、GND4、PWR5、S6、GND7、BOTTOM

Jest to najpopularniejsze rozwiązanie warstwowe w przypadku ośmiowarstwowych płytek PCB, które mają cztery warstwy okablowania i cztery płaszczyzny odniesienia. Ta struktura PCB jest w stanie osiągnąć najlepsze oddzielenie mocy i ma doskonałe właściwości EMC i integralności sygnału.

Warstwy na górze i na dole umożliwiają trasowanie EMI. Obie sąsiednie warstwy warstwy 3 i warstwy 6 są płaszczyznami odniesienia, a zatem warstwami okablowania. Obie sąsiednie warstwy warstwy 3 są płaszczyznami podłoża. Dlatego są warstwami okablowania. Ważne jest, aby grubość rdzenia pomiędzy 4. a 5. warstwą nie przekraczała określonej granicy. Pozwoli to na uzyskanie niższej impedancji transmisji, co poprawi odsprzęgnięcie zasilacza.

Układanie PCB 2 opcjonalnie:

TOP、GND2、S3、PWR4、GND5、S6、PWR7、BOTTOM

W porównaniu z rozwiązaniem 1 jest to rozwiązanie, które sprawdza się w sytuacjach, gdy posiadasz wiele różnych typów źródeł zasilania i jedna płaszczyzna zasilania nie jest w stanie ich obsłużyć. Warstwa okablowania to warstwa 3. Główne źródło zasilania może znajdować się na czwartym piętrze, przylegającym do ziemi.

Na siódmej warstwie umieszczono zasilacz podzielony na dwie części. Aby poprawić odsprzęgnięcie zasilacza, dolna warstwa powinna być wykonana z miedzi szlifowanej. Aby zrównoważyć płytkę drukowaną i zmniejszyć wypaczenia górnej warstwy, należy również zastosować szlifowaną miedź.

Układanie PCB 3 opcjonalnie:

TOP、S2、GND3、S4、S5、PWR6、S7、BOTTOM

Rozwiązanie to składa się z sześciu warstw okablowania, dwóch płaszczyzn odniesienia. Ta struktura PCB ma bardzo słabe właściwości odsprzęgania mocy, a także bardzo słabe tłumienie zakłóceń elektromagnetycznych.

Górna i dolna warstwa mają słabą charakterystykę EMI. W przypadku drugiej i czwartej warstwy obok planu podłoża zaleca się wykonanie okablowania skrosowanego.

Dopuszczalne są warstwy routingu 5 i 7, bezpośrednio przylegające do płaszczyzny zasilania. To rozwiązanie stosowane jest w konstrukcjach 8-warstwowych, które mają mniej SMD. Dzięki temu, że są tylko gniazda, możliwe jest ułożenie na powierzchni dużej ilości miedzi.

Wnioski:

Nie ma uniwersalnego rozwiązania w skomplikowanym projekcie PCB. Wybrany układ zależy od złożoności obwodu, wymagań sygnałowych i kwestii zasilania. Znajomość każdego projektu układania pozwala projektantom podejmować bardziej świadome decyzje zgodnie z celami projektu. Możesz stworzyć stos PCB, który spełni wszystkie wymagania techniczne, ale także zapewni niezawodne działanie produktu końcowego dzięki dokładnemu rozważeniu kompromisów.