1. Definicija i kada dodavati slojeve
Za Višeslojne ploče velike brzine, Osnovni dvoslojni dizajn često ne može zadovoljiti potrebe za kvalitetom signala i gustoćom rute. U tom slučaju morate dodati slojeve u PCB stackup kako biste zadovoljili potrebe dizajna.
2. Pozitivne (signalne) ravni i negativne (invertirane) ravni
Pozitivna ravan je uobičajeni signalni sloj koji se koristi za rutiranje. Vidljivi dijelovi su bakrene staze. U pozitivnoj ravni možete izvesti velike bakrene izlijevanja i popuniti područja bakrom, na primjer koristeći izraze poput “staza” ili “bakar” za opisivanje bakrenih područja. Pogledajte sliku 8-32.
Negativna ravan je suprotno. Kod negativne ravni, zadano je uliti bakar po cijeloj ravni. Područja za rute su izrezi. Na linijama za rute nema bakra. Ono što radite je da izrezujete bakar, a zatim postavite mreže za izrezana područja. Pogledajte sliku 8-33.
3. Razdvajanje unutrašnjih napojnih/zemaljskih ravni
U starijim verzijama Protela unutrašnje napojne ravnine su se dijelile pomoću funkcije “split”. U trenutnim verzijama kao što su Altium Designer 19, dijelite crtanjem “linija” i koristite prečicu na tipkovnici “PL” za njihovo postavljanje. Linije za podjelu ne bi trebale biti previše tanke. Možete odabrati 15 mil ili više. Kada nakon podjele lijevate bakar, nacrtajte zatvoreni poligon alatom za linije, zatim dvaput kliknite unutar poligona i postavite mrežu za lijevanje bakra. Pogledajte sliku 8-34.
I pozitivne i negativne ravnine mogu se koristiti za unutrašnje slojeve napajanja ili zemlje. Također možete postići pozitivnu unutrašnju ravninu usmjeravanjem i izlijevanjem bakra. Prednost negativne ravnine je u tome što po zadanom počinjete s velikom ulivenom bakrenom površinom. Zatim dodajete via-otvore ili mijenjate veličinu ulivanja bez ponovnog ulivanja cijelog sloja. To štedi vrijeme pri ponovnom izračunavanju bakrenog ulivanja. Kada se unutrašnji slojevi koriste kao napojne i masne ravnine (također nazvane masna ravnina ili povratna ravnina), slojevi su uglavnom velika bakrena ulivanja. Prednost korištenja negativnih ravnina ovdje je očita.
4. Razumijevanje slojeva PCB-a
Kako visokobrzinski krugovi postaju sve češći, složenost PCB-a raste. Da bi se izbjegle električne smetnje, slojevi signala i napajanja moraju biti odvojeni. To dovodi do višeslojnog dizajna PCB-a. Prije dizajniranja višeslojne PCB ploče, dizajner mora prvo odrediti strukturu ploče na osnovu veličine kola, dimenzija ploče i zahtjeva za elektromagnetsku kompatibilnost (EMC). Drugim riječima, odlučiti hoće li koristiti ploču sa 4, 6 ili više slojeva. Ovo je osnovna ideja dizajna višeslojnih ploča.
Nakon što je određen broj slojova, sljedeći korak je postaviti unutrašnje slojeve napajanja i uzemljenja te odlučiti kako raspodijeliti različite vrste signala po tim slojevima. Taj izbor je odabir stackupa. Struktura stackupa je važan faktor koji utječe na EMC performanse tiskane pločice. Dizajn dobrog stackupa može značajno smanjiti elektromagnetske smetnje (EMI) i preslušavanje..
Više slojeva nije uvijek bolje, a manje slojeva nije uvijek bolje. Odabir višeslojnog stackupa zahtijeva vaganje mnogih faktora. Sa stanovišta rutiranja, više slojeva olakšava rutiranje. Ali troškovi proizvodnje i složenost također rastu. Za proizvođači, Da li je slojevitost simetrična predstavlja važnu brigu tokom izrade. Stoga broj slojeva mora uravnotežiti sve potrebe.
Iskusni dizajneri obično prvo vrše pred-raspored komponenti. Zatim analiziraju uska grla u rasporedu. Ubrajaju posebne potrebe za rasporedom, kao što su diferencijalni parovi i osjetljive mreže. Na osnovu toga odlučuju koliko je slojeva signala potrebno. Zatim određuju broj unutrašnjih slojeva napajanja i uzemljenja na osnovu tipova napajanja, potreba za izolacijom i suzbijanja interferencije. Nakon toga je ukupan broj slojeva ploče u suštini određen.
5. Uobičajeni PCB slojevi
Kada je broj slojeva određen, sljedeći zadatak je rasporediti redoslijed tih slojeva. Slike 8-35 i 8-36 prikazuju uobičajene slojevne rasporede za četveroslojne i šestoslojne ploče.
6. Analiza stackupa
Kako složiti? Koja je bolja konfiguracija? Slijedite ova osnovna pravila:
Kad god je moguće, pretvorite stranu komponente i stranu lemljenja u potpune uzemljene ravnine (to pruža zaštitu).
Izbjegavajte susjedne paralelne slojeve rute što je više moguće.
Postavite sve signalne slojeve pored zemljane ravni kad god je to moguće.
Postavite kritične signale pored uzemljenja i izbjegavajte njihovo križanje preko razdvojenih područja.
Primijenite ova pravila na uobičajene primjere stackupa prikazane na slikama 8-35 i 8-36. Analiza je sljedeća.
(1) Tabela 8-1 upoređuje prednosti i nedostatke tri uobičajene sheme slojeva četveroslojnog štampanog ploca.
| Šema | Shematski dijagram (ASCII umjetnost) | Prednosti | Nedostaci |
|---|---|---|---|
| Šema 1 | ┌─────────────────────┐ │ PWR01 (Napajanje) │ ├─────────────────────┤ │ SIN02 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ SIN03 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ GND04 (Zemlja) │ └─────────────────────┘ | Ovaj raspored je uglavnom osmišljen da postigne jednostruki efekt zaklona, pri čemu se napojna ravan i zemaljska ravan nalaze na gornjem, odnosno donjem sloju. | (1) Napojna i uzemljena ravan su previše udaljene, što dovodi do prekomjerne impedanse u napojnoj ravni; (2) Napojna i uzemljena ravan su vrlo nepotpune zbog utjecaja padova komponenti i drugih faktora; (3) Nepotpuna referentna ravan uzrokuje prekidane signalne tragove, što otežava postizanje očekivanog štitnog učinka. |
| Šema 2 | ┌─────────────────────┐ │ SIN01 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ GND02 (Zemlja) │ ├─────────────────────┤ │ PWR03 (Napajanje) │ ├─────────────────────┤ │ SIN04 (Signal) │ └─────────────────────┘ | Zemljana ravan se postavlja ispod komponente, što je čini pogodnom za scenarije u kojima se glavne komponente nalaze na gornjem sloju ili se ključni signali provode na gornjem sloju. | / |
| Šema 3 | ┌─────────────────────┐ │ SIN01 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ PWR02 (Napajanje) │ ├─────────────────────┤ │ GND03 (Zemlja) │ ├─────────────────────┤ │ SIN04 (Signal) │ └─────────────────────┘ | Slično Shemi 2, pogodno je za scenarije u kojima se glavne komponente postavljaju na donji sloj ili se ključni signali provode na donjem sloju. | / |
(2) Tabela 8-2 upoređuje prednosti i nedostatke četiri uobičajene šeme slojeva za šestslojne ploče.
| Šema | Shematski dijagram (ASCII umjetnost) | Prednosti | Nedostaci |
|---|---|---|---|
| Šema 1 | ┌─────────────────────┐ │ SIN01 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ GND02 (Zemlja) │ ├─────────────────────┤ │ SIN03 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ SIN04 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ PWR05 (Napajanje) │ ├─────────────────────┤ │ SIN06 (Signal) │ └─────────────────────┘ | Uvodi četiri sloja signala i dva unutrašnja napojna/zemljana sloja, pružajući više slojeva signala za olakšavanje rute između komponenti. | (1) Napojna ravan i uzemljena ravan su previše udaljene, što rezultira nedovoljnim povezivanjem; (2) signalni slojevi SIN03 i SIN04 uglavnom su provedeni na površinskim slojevima, što dovodi do loše izolacije signala i međusobnog smetanja, te zahtijeva pomjereno ruteranje. |
| Šema 2 | ┌─────────────────────┐ │ SIN01 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ SIN02 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ GND03 (Zemlja) │ ├─────────────────────┤ │ PWR04 (Napajanje) │ ├─────────────────────┤ │ SIN05 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ SIN06 (Signal) │ └─────────────────────┘ | Zemljana ravan i ravan struje su potpuno spojene. | Susjedni slojevi površinskih signalnih slojeva također su signalni slojevi, što rezultira lošom izolacijom signala i međusobnim smetnjama. |
| Šema 3 | ┌─────────────────────┐ │ SIN01 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ GND02 (Ground) │ ├─────────────────────┤ │ SIN03 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ GND04 (Zemlja) │ ├─────────────────────┤ │ PWR05 (Napajanje) │ ├─────────────────────┤ │ SIN06 (Signal) │ └─────────────────────┘ | (1) Napojna ravan i zemaljska ravan su potpuno povezani; (2) Svaki signalni sloj je direktno susjed unutrašnjoj napojnoj/zemaljskoj ravni, što osigurava učinkovitu izolaciju od drugih signalnih slojeva i smanjuje preslušavanje; (3) Signalni sloj SIN03 je susjed dvjema unutrašnjim ravnima (GND02 i PWR05), što učinkovito štiti od vanjskih smetnji na SIN03 i smanjuje preslušavanje sa SIN03 na druge slojeve. | / |
| Šema 4 | ┌─────────────────────┐ │ SIN01 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ GND02 (Ground) │ ├─────────────────────┤ │ PWR03 (Napajanje) │ ├─────────────────────┤ │ GND04 (Zemlja) │ ├─────────────────────┤ │ PWR05 (Napajanje) │ ├─────────────────────┤ │ SIN06 (Signal) │ └─────────────────────┘ | (1) Napojna ravan i zemaljska ravan su potpuno povezani; (2) Svaki signalni sloj je direktno susjed unutrašnjoj napojnoj/zemaljskoj ravni, što osigurava učinkovitu izolaciju od ostalih signalnih slojeva i smanjuje preslušavanje. | / |
Uspoređujući sheme 1 do 4, kada je performansa signala glavni prioritet, sheme 3 i 4 su očito bolje od prve dvije. Međutim, u stvarnom dizajnu proizvoda trošak je glavna briga. Uz visoku gustoću rute, dizajneri često biraju shemu 1 za slojevitost kako bi smanjili troškove. Prilikom rutiranja na shemi 1 obratite posebnu pažnju na presjeke između dva susjedna signalna sloja i nastojte smanjiti preslušavanje što je više moguće.
(3) Za uobičajene osmoslojne ploče prikazane su preporučene opcije slojeva na slici 8-37. Prednost dajte opciji 1 ili opciji 2. Opcija 3 je upotrebljiva.
7. Dodavanje i uređivanje slojeva
Nakon što potvrdite plan slojeva, kako dodajete slojeve u Altium Designeru? Slijedi jednostavan primjer.
Pokrenite komandnu opciju iz menija “Design → Layer Stack Manager” ili pritisnite prečicu “DK” da biste otvorili Layer Stack Manager. Postavite povezane parametre kao što je prikazano na slici 8-38.
Desni klik i odaberite “Umetni sloj iznad” ili “Umetni sloj ispod” da biste dodali sloj. Možete dodati pozitivnu ravan ili negativnu ravan. Koristite “Pomiči sloj gore” ili “Pomiči sloj dolje” da biste prilagodili redoslijed dodanih slojeva.
Dvostruko kliknite na naziv sloja da biste ga preimenovali. Možete imenovati slojeve TOP, GND02, SIN03, SIN04, PWR05, BOTTOM itd. Altium Designer 19 podržava ovo imenovanje “slovo + broj sloja”. To olakšava čitanje i prepoznavanje.
Postavite ploču i debljinu sloja prema stackupu.
Da biste ispunili zahtjev dizajna za 20H, možete postaviti količinu keepouta negativne ravnine (unutrašnji pomak). [Napomena: originalni tekst koristi “20H”. Prevodilac zadržava ovaj termin onako kako je napisan.]
Kliknite “OK” da završite postavke stackupa. Primjer efekta stackupa četveroslojnog pločica prikazan je na slici 8-39.
8. Preporuka
Predlaže se da se slojevi signala tretiraju kao pozitivne ravni, a slojevi napajanja i uzemljenja kao negativne ravni. Ovaj pristup može znatno smanjiti veličinu datoteka i ubrzati rad na dizajnu.
