1. Definition og hvornår man skal tilføje lag
For Højhastigheds multilayer boards, Et grundlæggende to-lags design kan ofte ikke opfylde behovene for signalkvalitet og routing-tæthed. I så fald er du nødt til at tilføje lag til PCB-stackupen for at opfylde designbehovene.
2. Positive (signal) planer og negative (inverterede) planer
Et positivt plan er det sædvanlige signallag, der bruges til routing. De synlige dele er kobberbaner. På et positivt plan kan man lave store kobberudstøbninger og fylde områder med kobber, f.eks. ved at bruge udtryk som “trace” eller “copper” til at beskrive kobberområderne. Se figur 8-32.
Et negativt plan er det modsatte. Med et negativt plan er det standard at hælde kobber over hele laget. Routing-områderne er udskæringerne. Der er ikke noget kobber på routing-linjerne. Det, du gør, er at skære kobberet ud og derefter indstille nettene til de udskårne områder. Se figur 8-33.
3. Opdeling af indre strøm/jord-planer
I ældre Protel-versioner blev de indre powerplanes delt ved hjælp af en “split”-funktion. I nuværende versioner som f.eks. Altium Designer 19, Du opdeler ved at tegne “linjer” og bruge genvejstasten “PL” til at placere dem. Opdelingslinjerne må ikke være for tynde. Du kan vælge 15 mil eller større. Når du hælder kobber efter opdelingen, skal du tegne en lukket polygon med “linje”-værktøjet og derefter dobbeltklikke inde i polygonen og indstille nettet til kobberhældningen. Se figur 8-34.
Både positive og negative planer kan bruges til indre strøm- eller jordlag. Du kan også opnå et positivt indre plan ved hjælp af routing og kobberstøbning. Fordelen ved et negativt plan er, at man som standard starter med et stort udstøbt kobberområde. Derefter kan man tilføje vias eller ændre hældestørrelser uden at hælde hele laget igen. Det sparer tid på genberegning af kobberstøbninger. Når indre lag bruges som strøm- og jordplan (også kaldet jordplan eller returplan), er lagene for det meste store kobberudstøbninger. Fordelen ved at bruge negative planer er tydelig her.
4. Forståelse af PCB-stackup
Efterhånden som højhastighedskredsløb bliver mere almindelige, vokser PCB-kompleksiteten. For at undgå elektrisk interferens skal signal- og strømlag adskilles. Det fører til PCB-design i flere lag. Før et flerlags printkort designes, skal designeren først beslutte kortstrukturen baseret på kredsløbsstørrelse, kortdimensioner og krav til elektromagnetisk kompatibilitet (EMC). Med andre ord skal man beslutte, om man vil bruge et 4-lags, 6-lags eller flere lags printkort. Dette er den grundlæggende idé bag design af flerlagskort.
Når man har besluttet antallet af lag, er næste skridt at placere de indre strøm- og jordlag og at beslutte, hvordan de forskellige signaltyper skal fordeles på disse lag. Det valg er valget af stackup. Stackup-strukturen er en vigtig faktor, der påvirker PCB'ets EMC-ydelse. Et godt stackup-design kan i høj grad reducere elektromagnetisk interferens (EMI) og krydstale..
Flere lag er ikke altid bedre, og færre lag er ikke altid bedre. At vælge en flerlagsstackup kræver en afvejning af mange faktorer. Fra et routing-synspunkt gør flere lag routing nemmere. Men produktionsomkostningerne og sværhedsgraden stiger også. For producenter, Det er vigtigt at være opmærksom på, om opbygningen er symmetrisk under fremstillingen. Så antallet af lag skal afbalancere alle behov.
Erfarne designere foretager normalt en forudgående placering af komponenter. Derefter analyserer de routing-flaskehalse. De tæller særlige behov for routing, f.eks. differentielle par og følsomme net. Ud fra det beslutter de, hvor mange signallag der er brug for. Derefter beslutter de antallet af indre strøm-/jordlag baseret på strømtyper, isoleringsbehov og interferensundertrykkelse. Herefter er det samlede antal kortlag stort set fastlagt.
5. Almindelige PCB-stackups
Når antallet af lag er fastlagt, er det næste job at arrangere rækkefølgen af disse lag. Figur 8-35 og 8-36 viser almindelige opstillinger for 4-lags og 6-lags printkort.
6. Stackup-analyse
Hvordan stabler man? Hvilken stackup er bedst? Følg disse grundlæggende regler:
Lav komponentsiden og loddesiden til fulde jordplaner, når det er muligt (dette giver afskærmning).
Undgå så vidt muligt parallelle routinglag ved siden af hinanden.
Læg alle signallag ved siden af et jordplan, når det er muligt.
Læg kritiske signaler ved siden af et jordlag, og undgå at krydse over splittede områder.
Anvend disse regler på de almindelige stackup-eksempler, der er vist i figur 8-35 og 8-36. Analysen er som følger.
(1) Tabel 8-1 sammenligner fordele og ulemper ved tre almindelige 4-lags opbygningsplaner.
| Ordning | Skematisk diagram (ASCII-kunst) | Fordele | Ulemper |
|---|---|---|---|
| Skema 1 | ┌─────────────────────┐ │ PWR01 (Power) │ ├─────────────────────┤ │ SIN02 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ SIN03 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ GND04 (Ground) │ └─────────────────────┘ | Dette skema er hovedsageligt designet til at opnå en skærmeffekt i et enkelt lag, hvor effektplanet og jordplanet er placeret på henholdsvis det øverste og det nederste lag. | (1) Strøm- og jordplanerne er for langt fra hinanden, hvilket fører til for stor impedans i strømplanet;(2) Strøm- og jordplanerne er meget ufuldstændige på grund af påvirkning fra komponentpuder og andre faktorer;(3) Det ufuldstændige referenceplan forårsager diskontinuerlige signalspor, hvilket gør det vanskeligt at opnå den forventede afskærmningseffekt. |
| Skema 2 | ┌─────────────────────┐ │ SIN01 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ GND02 (Jord) │ ├─────────────────────┤ │ PWR03 (Strøm) │ ├─────────────────────┤ │ SIN04 (Signal) │ └─────────────────────┘ | Et jordplan er placeret under komponentsiden, hvilket gør den velegnet til scenarier, hvor hovedkomponenter er placeret på det øverste lag, eller hvor nøglesignaler er ført på det øverste lag. | / |
| Skema 3 | ┌─────────────────────┐ │ SIN01 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ PWR02 (Strøm) │ ├─────────────────────┤ │ GND03 (Jord) │ ├─────────────────────┤ │ SIN04 (Signal) │ └─────────────────────┘ | I lighed med skema 2 er det velegnet til scenarier, hvor hovedkomponenter er placeret i det nederste lag, eller hvor nøglesignaler er ført gennem det nederste lag. | / |
(2) Tabel 8-2 sammenligner fordele og ulemper ved fire almindelige 6-lags opbygningsplaner.
| Ordning | Skematisk diagram (ASCII-kunst) | Fordele | Ulemper |
|---|---|---|---|
| Skema 1 | ┌─────────────────────┐ │ SIN01 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ GND02 (Jord) │ ├─────────────────────┤ │ SIN03 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ SIN04 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ PWR05 (Power) │ ├─────────────────────┤ │ SIN06 (Signal) │ └─────────────────────┘ | Der er 4 signallag og to interne strøm-/jordlag, hvilket giver flere signallag, der letter routing mellem komponenter. | (1) Effektplanet og jordplanet er for langt fra hinanden, hvilket resulterer i utilstrækkelig kobling;(2) Signallagene SIN03 og SIN04 er hovedsageligt dirigeret på overfladelag, hvilket fører til dårlig signalisolering og krydstale, hvilket kræver forskudt dirigering. |
| Skema 2 | ┌─────────────────────┐ │ SIN01 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ SIN02 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ GND03 (Jord) │ ├─────────────────────┤ │ PWR04 (Power) │ ├─────────────────────┤ │ SIN05 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ SIN06 (Signal) │ └─────────────────────┘ | Effektplanet og jordplanet er fuldt koblet. | Tilstødende lag af overfladesignallag er også signallag, hvilket resulterer i dårlig signalisolering og krydstale. |
| Skema 3 | ┌─────────────────────┐ │ SIN01 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ GND02 (Jord) │ ├─────────────────────┤ │ SIN03 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ GND04 (Jord) │ ├─────────────────────┤ │ PWR05 (Strøm) │ ├─────────────────────┤ │ SIN06 (Signal) │ └─────────────────────┘ | (1) Strøm- og jordplanet er fuldt koblet;(2) Hvert signallag støder direkte op til det interne strøm-/jordplan, hvilket giver effektiv isolering fra andre signallag og reducerer krydstale;(3) Signallaget SIN03 støder op til to interne planer (GND02 og PWR05), som effektivt kan afskærme ekstern interferens på SIN03 og krydstale fra SIN03 til andre lag. | / |
| Skema 4 | ┌─────────────────────┐ │ SIN01 (Signal) │ ├─────────────────────┤ │ GND02 (Jord) │ ├─────────────────────┤ │ PWR03 (Strøm) │ ├─────────────────────┤ │ GND04 (Jord) │ ├─────────────────────┤ │ PWR05 (Strøm) │ ├─────────────────────┤ │ SIN06 (Signal) │ └─────────────────────┘ | (1) Strøm- og jordplanet er fuldt koblet;(2) Hvert signallag støder direkte op til det interne strøm-/jordplan, hvilket giver effektiv isolering fra andre signallag og reducerer krydstale. | / |
Når man sammenligner skema 1 og 4, er skema 3 og 4 klart bedre end de to første skemaer, når signalydelsen har højeste prioritet. Men i ægte produktdesign er omkostningerne et stort problem. Med høj routingtæthed vælger designere ofte skema 1 til stackup for at spare omkostninger. Ved routing på skema 1 skal man være særlig opmærksom på krydsninger mellem to tilstødende signallag og forsøge at reducere krydstale så meget som muligt.
(3) For almindelige 8-lags kort er de anbefalede stablingsmuligheder vist i figur 8-37. Foretrækker mulighed 1 eller mulighed 2. Mulighed 3 er brugbar.
7. Tilføjelse og redigering af lag
Når du har bekræftet opstillingsplanen, hvordan tilføjer du så lag i Altium Designer? Her følger et simpelt eksempel.
Kør menukommandoen “Design → Layer Stack Manager”, eller tryk på genvejstasten “DK” for at åbne Layer Stack Manager. Indstil de relaterede parametre som vist i Figur 8-38.
Højreklik og vælg “Indsæt lag over” eller “Indsæt lag under” for at tilføje et lag. Du kan tilføje et positivt eller et negativt plan. Brug “Flyt lag op” eller “Flyt lag ned” til at justere rækkefølgen af de tilføjede lag.
Dobbeltklik på lagets navn for at omdøbe det. Du kan navngive lagene TOP, GND02, SIN03, SIN04, PWR05, BOTTOM osv. Altium Designer 19 understøtter denne “bogstav + lagnummer”-navngivning. Det gør det lettere at læse og genkende.
Indstil plade- og lagtykkelse i henhold til opbygningen.
For at opfylde designets 20H-krav kan du indstille det negative plans keepout-beløb (indre forskydning). [Bemærk: Den oprindelige tekst bruger “20H”. Oversætteren beholder dette udtryk som skrevet].
Klik på “OK” for at afslutte stackup-indstillingerne. Et eksempel på en 4-lags kortstackup-effekt er vist i Figur 8-39.
8. Anbefaling
Det foreslås at behandle signallag som positive planer og at behandle strøm- og jordlag som negative planer. Denne tilgang kan i høj grad reducere filens datastørrelse og fremskynde designarbejdet.
