1. تعريف وموعد إضافة الطبقات
بالنسبة لـ ألواح متعددة الطبقات عالية السرعة, لا يمكن للتصميم الأساسي المكون من طبقتين في كثير من الأحيان تلبية احتياجات جودة الإشارة وكثافة التوجيه. في هذه الحالة، تحتاج إلى إضافة طبقات إلى مكدس ثنائي الفينيل متعدد الكلور لتلبية احتياجات التصميم.
2. المستويات الموجبة (الإشارة) والمستويات السالبة (المقلوبة)
المستوى الموجب هو طبقة الإشارة المعتادة المستخدمة للتوجيه. الأجزاء المرئية هي آثار نحاسية. على المستوى الموجب يمكنك عمل صب نحاسي كبير وملء المناطق بالنحاس، على سبيل المثال استخدام مصطلحات مثل “أثر” أو “نحاس” لوصف المناطق النحاسية. انظر الشكل 8-32.
المستوى السالب هو العكس. مع المستوى السالب، الافتراضي هو صب النحاس عبر الطبقة بأكملها. مناطق التوجيه هي القواطع. لا يوجد نحاس على خطوط التوجيه. ما تفعله هو نحت النحاس ثم تعيين الشبكات للمناطق المنحوتة. انظر الشكل 8-33.
3. تقسيم مستويات الطاقة الداخلية/الأرضية الداخلية
في الإصدارات القديمة من Protel، تم تقسيم مستويات الطاقة الداخلية باستخدام وظيفة “التقسيم”. في الإصدارات الحالية مثل ألتيوم ديزاينر 19, تقسم عن طريق رسم “خطوط” واستخدام مفتاح الاختصار “PL” لوضعها. يجب ألا تكون خطوط التقسيم رفيعة جدًا. يمكنك اختيار 15 مل أو أكبر. عندما تقوم بصب النحاس بعد التقسيم، ارسم مضلعًا مغلقًا باستخدام أداة “الخط”، ثم انقر نقرًا مزدوجًا داخل المضلع واضبط الشبكة لصب النحاس. انظر الشكل 8-34.
يمكن استخدام كل من المستويين الموجب والسالب لطبقات الطاقة الداخلية أو الطبقات الأرضية. يمكنك أيضًا تحقيق مستوى داخلي موجب عن طريق التوجيه وصب النحاس. ميزة المستوى السالب هي أنك تبدأ بمساحة نحاسية كبيرة مصبوبة افتراضيًا. ثم يمكنك إضافة فتحات أو تغيير أحجام الصب دون إعادة صب الطبقة بأكملها. وهذا يوفر الوقت في إعادة حساب صب النحاس. عندما تُستخدم الطبقات الداخلية كمستويات طاقة ومستويات أرضية (تُسمى أيضًا المستوى الأرضي أو مستوى الإرجاع)، تكون الطبقات في الغالب عبارة عن صب نحاس كبير. ميزة استخدام المستويات السالبة واضحة هنا.
4. فهم تكديس ثنائي الفينيل متعدد الكلور
مع ازدياد شيوع الدوائر عالية السرعة، يزداد تعقيد ثنائي الفينيل متعدد الكلور. لتجنب التداخل الكهربائي، يجب فصل طبقات الإشارة عن طبقات الطاقة. وهذا يؤدي إلى تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور متعدد الطبقات. قبل تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور متعدد الطبقات، يجب على المصمم أولاً تحديد هيكل اللوحة بناءً على حجم الدائرة وأبعاد اللوحة ومتطلبات التوافق الكهرومغناطيسي (EMC). بمعنى آخر، قرر ما إذا كنت تريد استخدام لوحة من 4 طبقات أو 6 طبقات أو أكثر. هذه هي الفكرة الأساسية لتصميم اللوحة متعددة الطبقات.
بعد تحديد عدد الطبقات، فإن الخطوة التالية هي وضع طبقات الطاقة الداخلية والطبقات الأرضية وتحديد كيفية توزيع أنواع الإشارات المختلفة عبر تلك الطبقات. وهذا الاختيار هو اختيار التكديس. تعتبر بنية التكديس عاملاً مهماً يؤثر على أداء التوافق الكهرومغناطيسي لثنائي الفينيل متعدد الكلور. يمكن أن يقلل التصميم الجيد للتراص من التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) والتداخل المتبادل بشكل كبير.
الطبقات الأكثر ليست دائماً أفضل، والطبقات الأقل ليست دائماً أفضل. يتطلب اختيار مكدس متعدد الطبقات الموازنة بين العديد من العوامل. من وجهة نظر التوجيه، المزيد من الطبقات يجعل التوجيه أسهل. لكن تكلفة وصعوبة التصنيع ترتفع أيضاً. بالنسبة ل الشركات المصنعة, ، ما إذا كان التكدس متماثلًا هو مصدر قلق مهم أثناء التصنيع. لذا يجب أن يوازن عدد الطبقات بين جميع الاحتياجات.
عادةً ما يقوم المصممون المتمرسون بعمل وضع مسبق للمكونات. ثم يقومون بتحليل اختناقات التوجيه. ويحسبون احتياجات التوجيه الخاصة، مثل الأزواج التفاضلية والشبكات الحساسة. من ذلك، يقررون عدد طبقات الإشارة المطلوبة. ثم يقررون عدد طبقات الطاقة الداخلية/الأرضية بناءً على أنواع الطاقة واحتياجات العزل وقمع التداخل. بعد ذلك، يتم تحديد العدد الإجمالي لطبقات اللوحة بشكل أساسي.
5. مكدسات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الشائعة
بمجرد تحديد عدد الطبقات، فإن المهمة التالية هي ترتيب تلك الطبقات. ويبين الشكلان 8-35 و8-36 تجميعات شائعة للوحات ذات 4 طبقات و6 طبقات.
6. تحليل المكدس
كيفية التكديس؟ أي تكديس أفضل؟ اتبع هذه القواعد الأساسية:
اجعل جانب المكوّنات وجانب اللحام في مستويات أرضية كاملة عندما يكون ذلك ممكنًا (وهذا يعطي تدريعًا).
تجنب طبقات التوجيه المتوازية المتجاورة قدر الإمكان.
ضع جميع طبقات الإشارة بجوار مستوى أرضي عندما يكون ذلك ممكناً.
ضع الإشارات الحرجة بجوار طبقة أرضية وتجنب العبور عبر المناطق المنقسمة.
طبِّق هذه القواعد على الأمثلة المتراكمة الشائعة الموضحة في الشكلين 8-35 و8-36. يكون التحليل على النحو التالي.
(1) يقارن الجدول 8-1 بين إيجابيات وسلبيات ثلاثة مخططات شائعة لتكديس الألواح المكونة من 4 طبقات.
| المخطط | مخطط المخطط (فن ASCII) | المزايا | العيوب |
|---|---|---|---|
| المخطط 1 | ┌─────────────────────┐─────────────────────┐ │ PWR01 (الطاقة) │ イ─────────────────────┤ SIN02 (الإشارة) イ─────────────────────┤ イ─────────────────────┤ イ─────────────────────┤ イ─────────────────────┤ イ─────────────────────┤ イ─────────────────────┤ イ─────────────────────┤ イ─────────────────────┘ イ─────────────────────┘ | صُمم هذا المخطط بشكل أساسي لتحقيق تأثير التدريع أحادي الطبقة، مع وضع مستوى الطاقة والمستوى الأرضي على الطبقتين العلوية والسفلية على التوالي. | (1) مستويا الطاقة والمستوى الأرضي متباعدان جدًا، مما يؤدي إلى مقاومة مفرطة في مستوى الطاقة؛ (2) مستويا الطاقة والمستوى الأرضي غير مكتملين إلى حد كبير بسبب تأثير وسادات المكونات وعوامل أخرى؛ (3) يتسبب المستوى المرجعي غير المكتمل في آثار إشارة غير متواصلة، مما يجعل من الصعب تحقيق تأثير التدريع المتوقع. |
| المخطط 2 | ┌─────────────────────┐─────────────────────┐│ SIN01 (إشارة) │ イ─────────────────────┤ GND02 (أرضي) イ─────────────────────┤─────────────────────┤ イ─────────────────────┤ イ─────────────────────┤ イ─────────────────────┤ イ SIN04 (إشارة) │ יפור─────────────────────┘ | يتم وضع مستوى أرضي تحت جانب المكون، مما يجعله مناسبًا للسيناريوهات التي توضع فيها المكونات الرئيسية على الطبقة العلوية أو يتم توجيه الإشارات الرئيسية على الطبقة العلوية. | / |
| المخطط 3 | ┌─────────────────────┐─────────────────────┐│ SIN01 (إشارة) │ イ─────────────────────┤─────────────────────┤ │ PWR02 (طاقة) イ─────────────────────┤ イ─────────────────────┤ イ─────────────────────┤ イ─────────────────────┤ イ─────────────────────┤ イ─────────────────────┘ イ─────────────────────┘ | على غرار المخطط 2، فهو مناسب للسيناريوهات التي توضع فيها المكونات الرئيسية على الطبقة السفلية أو يتم توجيه الإشارات الرئيسية على الطبقة السفلية. | / |
(2) يقارن الجدول 8-2 بين إيجابيات وسلبيات أربعة مخططات تكديس الألواح السداسية الشائعة.
| المخطط | مخطط المخطط (فن ASCII) | المزايا | العيوب |
|---|---|---|---|
| المخطط 1 | ┌─────────────────────┐─────────────────────┐│ SIN01 (إشارة) │ SIN03 (إشارة) イ─────────────────────┤ GND02 (أرضي) │ SIN03 (إشارة) SIN04 (إشارة) 」─────────────────────┤ │ SIN04 (إشارة) │─────────────────────┤ 器─────────────────────┤ │ SIN06 (إشارة) 」─────────────────────┤ │─────────────────────┘ | يعتمد 4 طبقات إشارة وطبقتين داخليتين للطاقة/الأرض، مما يوفر المزيد من طبقات الإشارة لتسهيل التوجيه بين المكونات. | (1) مستوى الطاقة والمستوى الأرضي متباعدان جدًا عن بعضهما البعض، مما يؤدي إلى عدم كفاية الاقتران؛ (2) يتم توجيه طبقات الإشارة SIN03 وSIN04 بشكل أساسي على الطبقات السطحية، مما يؤدي إلى ضعف عزل الإشارة والتداخل، مما يتطلب توجيهًا متداخلًا. |
| المخطط 2 | ┌─────────────────────┐─────────────────────┐│ SIN01 (إشارة) │ SIN02 (إشارة) │ GND03 (أرضي) │ | يقترن مستوى الطاقة والمستوى الأرضي بالكامل. | الطبقات المتجاورة لطبقات الإشارة السطحية هي أيضًا طبقات إشارة، مما يؤدي إلى ضعف عزل الإشارة والتداخل. |
| المخطط 3 | ┌─────────────────────┐─────────────────────┐│ SIN01 (إشارة) │ SIN03 (إشارة) イ─────────────────────┤ GND02 (أرضي) │ SIN03 (إشارة) イ─────────────────────┤ | (1) مستوى الطاقة والمستوى الأرضي مقترنان بالكامل؛ (2) كل طبقة إشارة مجاورة مباشرةً لمستوى الطاقة/الأرض الداخلي، مما يوفر عزلاً فعالاً عن طبقات الإشارة الأخرى ويقلل من التداخل؛ (3) طبقة الإشارة SIN03 مجاورة لمستويين داخليين (GND02 وPWR05)، مما يمكن أن يحمي بفعالية التداخل الخارجي على SIN03 والتداخل من SIN03 إلى الطبقات الأخرى. | / |
| المخطط 4 | ┌─────────────────────┐─────────────────────┐│ SIN01 (إشارة) │─────────────────────┤─────────────────────┤ GND02 (أرضي) │─────────────────────┤─────────────────────┤ │ PWR03 (طاقة) 🌟─────────────────────┤ │ GND04 (أرضي) │─────────────────────┤ 器─────────────────────┤ │─────────────────────┤ │─────────────────────┤ 器─────────────────────┤ 器─────────────────────┤ │─────────────────────┤ 器─────────────────────┤ 器─────────────────────┤ 器─────────────────────┤ │─────────────────────┤ 器PWR05 (الطاقة) │─────────────────────┘ | (1) مستوى الطاقة والمستوى الأرضي مقترنان بالكامل؛ (2) كل طبقة إشارة مجاورة مباشرةً لمستوى الطاقة/الأرض الداخلي، مما يوفر عزلاً فعالاً عن طبقات الإشارة الأخرى ويقلل من الحديث المتبادل. | / |
من مقارنة المخططات من 1 إلى 4، عندما يكون أداء الإشارة هو الأولوية القصوى، من الواضح أن المخططين 3 و4 أفضل من المخططين الأولين. لكن في تصميم المنتج الحقيقي، تكون التكلفة مصدر قلق كبير. مع كثافة التوجيه العالية، غالبًا ما يختار المصممون المخطط 1 للتكديس لتوفير التكلفة. عند التوجيه على المخطط 1، انتبه بشكل خاص للتقاطعات بين طبقتين متجاورتين للإشارة وحاول تقليل التداخل قدر الإمكان.
(3) بالنسبة للألواح الشائعة المكونة من 8 طبقات، تظهر خيارات التكديس الموصى بها في الشكل 8-37. يفضل الخيار 1 أو الخيار 2. الخيار 3 قابل للاستخدام.
7. إضافة طبقات وتحريرها
بعد تأكيد خطة التكديس، كيف يمكنك إضافة طبقات في Altium Designer؟ فيما يلي مثال بسيط.
قم بتشغيل أمر القائمة “تصميم → مدير مكدس الطبقات” أو اضغط على مفتاح الاختصار “DK” لفتح مدير مكدس الطبقات. اضبط المعلمات ذات الصلة كما هو موضح في الشكل 8-38.
انقر بزر الماوس الأيمن واختر “إدراج طبقة فوق” أو “إدراج طبقة تحت” لإضافة طبقة. يمكنك إضافة مستوى موجب أو مستوى سالب. استخدم “نقل طبقة لأعلى” أو “نقل طبقة لأسفل” لضبط ترتيب الطبقات المضافة.
انقر نقرًا مزدوجًا فوق اسم الطبقة لإعادة تسميتها. يمكنك تسمية الطبقات TOP و GND02 و SIN03 و SIN04 و PWR05 و BOTTOM، إلخ. يدعم Altium Designer 19 هذه التسمية “حرف + رقم الطبقة”. وهذا يجعل القراءة والتعرف عليها أسهل.
اضبط سمك اللوح والطبقة وفقًا للتكديس.
لتلبية شرط 20H للتصميم، يمكنك ضبط مقدار الإزاحة الداخلية للمستوى السالب (الإزاحة الداخلية). [ملاحظة: يستخدم النص الأصلي “20H”. يحتفظ المترجم بهذا المصطلح كما هو مكتوب].
انقر فوق “موافق” لإنهاء إعدادات التكديس. يظهر مثال على تأثير تكديس اللوحة المكونة من 4 طبقات في الشكل 8-39.
8. التوصية
يُقترح التعامل مع طبقات الإشارة كطبقات موجبة ومعالجة طبقات الطاقة والطبقات الأرضية كطبقات سالبة. يمكن لهذا النهج تقليل حجم بيانات الملف بشكل كبير وتسريع أعمال التصميم.
