I. PCB 레이어 수 결정 개요

PCB 레이어의 총 개수는 처음부터 고정되어 있지 않습니다. 엔지니어는 보드의 필요에 따라 레이어 수를 결정합니다. 총 레이어 수는 신호 레이어 수에 전력 및 접지면 수를 더한 값입니다. 엔지니어는 보드의 레이아웃, 구성 요소 유형, 전기적 요구 사항을 살펴봅니다. 그런 다음 필요한 신호 레이어 수와 전력/접지 레이어 수를 계획합니다. 이 계획은 라우팅을 쉽게 하고, 신호 품질을 제어하며, 비용 한도를 충족하는 것을 목표로 합니다.

II. 계획 전력 및 지상층

A. 전원 레이어 수를 선택하는 방법

파워 플레인의 수는 주로 보드에 필요한 다양한 파워 레일 수, 이러한 레일이 보드 전체에 분산되는 방식, 각 레일이 전달해야 하는 전류의 양, 보드의 성능 목표, 단일 보드의 비용 제한 등 이러한 사항에 따라 설정됩니다. 각 주요 전원 레일이 적절한 평면 또는 잘 정의된 평면 영역을 갖도록 전원 플레인 수를 선택합니다. 또한 전력 면이 겹쳐서 누화를 일으키거나 성능을 저하시키는 분할 면을 만들지 않도록 해야 합니다.

전원 플레인 레이아웃에는 두 가지 규칙이 중요합니다:

파워넷은 간섭을 유발하는 방식으로 같은 평면에 혼합되어서는 안 됩니다. 즉, 하나의 물리적 평면에 파워넷이 인터리빙되는 것을 피해야 합니다.

중요한 신호가 인접한 평면의 분할을 가로질러 실행되지 않도록 하세요. 신호가 분할을 가로질러야 하는 경우 신호의 기준 평면이 손상될 수 있습니다. 그러면 리턴 전류 경로가 끊어지고 신호 무결성이 손상됩니다. 따라서 중요한 신호가 스플릿을 가로지르지 않도록 플레인 스택을 배열하세요.

B. 지상층 수를 선택하는 방법

지면 레이어를 설정할 때는 다음 사항에 주의하세요:

주요 구성 요소 측면 바로 아래의 레이어는 대부분 연속적인 접지면을 가져야 합니다. 이렇게 하면 전류를 반환하고 상단에 있는 부품의 노이즈를 줄이는 데 도움이 됩니다.

고속 신호, 고주파 네트 및 클록 네트는 반드시 솔리드 접지면을 참조해야 합니다. 이들의 리턴 전류는 해당 접지면에서 흐릅니다. 접지면이 끊어지면 신호에 노이즈와 EMI가 발생합니다.

주요 전원 플레인과 접지 플레인은 가깝고 잘 결합되어 있어야 합니다. 긴밀한 결합은 플레인 임피던스를 낮추고 전력 무결성을 돕습니다. 낮은 임피던스는 리플을 낮추고 IC에 안정적인 전력을 공급하는 데 도움이 됩니다.

실제로 고속 네트가 많은 설계에는 더 많은 접지면이 필요하거나 적어도 한 쌍의 전원 및 접지면이 서로 가까이 있어야 합니다. 이렇게 하면 디커플링이 개선되고 임피던스를 더 쉽게 제어할 수 있습니다.

III. 신호 레이어 수 계획하기

A. 라우팅 채널 및 라우팅 채널이 중요한 이유

라우팅 채널은 종종 필요한 신호 레이어 수를 결정합니다. 보드에서 깊은 BGA 또는 대형 커넥터를 찾는 것부터 시작하세요. BGA 깊이와 BGA 핀 피치는 필요한 이스케이프 레이어 수를 결정하는 핵심 요소입니다. 예를 들어, 1.0mm 피치의 BGA는 종종 두 비아 사이에 두 개의 트레이스가 허용됩니다. 0.8mm 피치의 BGA는 두 비아 사이에 하나의 트레이스만 허용하는 경우가 많습니다. 이 차이에 따라 필요한 라우팅 레이어 수가 달라집니다.

BGA가 두 비아 사이에 두 개의 트레이스를 허용하는 경우, BGA 이스케이프는 두 개의 라우팅 레이어를 공유할 수 있습니다. BGA가 두 비아 사이에 하나의 트레이스만 허용하는 경우, 이스케이프는 모든 네트를 라우팅하기 위해 최대 4개의 라우팅 레이어가 필요할 수 있습니다. 따라서 BGA 피치 및 팬아웃 지오메트리는 레이어 계획의 핵심입니다.

커넥터는 다릅니다. 커넥터의 경우 가장 중요한 요소는 깊이와 핀 간격입니다. 일반적으로 두 개의 커넥터 비아 사이에 하나의 차동 쌍을 라우팅합니다. 이 경험 법칙은 커넥터 영역에 필요한 채널 수를 추정하는 데 도움이 됩니다.

B. 고속 네트워크 및 라우팅 채널 요구 사항

다음으로 다음을 고려하세요. 고속 신호. 고속 라우팅에는 더 많은 조건이 필요합니다. 스텁, 트레이스 간격, 레퍼런스 플레인을 고려해야 합니다. 고속 네트는 임피던스 제어 및 리턴 전류에 민감합니다. 따라서 해당 네트워크의 라우팅 채널이 충분히 넓고 깨끗한지 확인하세요.

계획을 세울 때 어떤 네트워크가 고속인지 파악하세요. 라우팅에 우선순위를 부여하세요. 적절한 간격과 제어된 임피던스를 허용하는 채널을 예약하세요. 또한 차동 쌍을 염두에 두세요. 차동 라인은 길이가 일치하고 기준과 단단히 결합해야 합니다. 고속 쌍의 경우, 기준면과의 거리를 일정하게 유지하고 노이즈가 많은 그물망에서 멀리 떨어진 곳에 쌍을 배치하세요.

C. 좁거나 병목 구간

마지막으로 보드에서 병목 영역을 계획합니다. 기본 배치와 글로벌 라우팅 계획을 세운 후, 많은 그물이 작은 간격을 통과해야 하는 좁은 영역을 찾습니다. 이것이 바로 초크 포인트입니다. 각 병목 지점에 대해 필요한 트레이스, 차동 쌍 및 민감한 네트워크의 수를 계산합니다. 그런 다음 필요한 모든 라인이 이 영역을 통과할 수 있도록 필요한 레이어 수를 결정합니다.

이 작업을 단계별로 수행합니다:

병목 영역을 표시합니다.

통과해야 하는 모든 그물을 나열합니다.

목록에 차동 쌍과 중요 신호를 포함하세요.

해당 간격에서 라우팅 레이어당 맞는 트랙 수를 계산합니다.

해당 영역에 사용할 수 있는 라우팅 레이어 수를 곱합니다.

이렇게 하면 통과할 수 있는 총 트랙 수를 알 수 있습니다. 이 숫자가 필요한 네트 수보다 적으면 라우팅 레이어를 추가하거나 배치를 변경하여 혼잡을 줄이세요.

IV. 예시 및 간단한 경험 법칙

A. BGA 이스케이프 예제

BGA의 두 비아 사이에 두 개의 트레이스를 라우팅할 수 있는 경우, BGA 이스케이프에 두 개의 라우팅 레이어를 사용할 수 있는 경우가 많습니다. 이는 1.0mm 피치 BGA 패키지의 일반적인 경우입니다.

두 비아 사이에 하나의 트레이스만 라우팅할 수 있는 경우, 모든 BGA 핀을 라우팅하려면 4개의 라우팅 레이어가 필요할 수 있습니다. 이는 0.8mm와 같이 더 좁은 피치의 BGA에서 자주 발생합니다.

B. 커넥터 라우팅 예시

많은 커넥터의 경우 두 개의 비아당 하나의 차동 쌍을 라우팅할 수 있다고 가정합니다. 이를 사용하여 커넥터 근처의 라우팅 채널 크기를 정하세요. 커넥터에 많은 레인이 있는 경우 라우팅 레이어가 더 필요하거나 커넥터 설치 공간이 달라집니다.

C. 고속 신호 예시

MIPI 또는 USB 차동 쌍의 경우, 쌍을 기준 평면에 가깝게 유지하고 쌍 간격과 트레이스 폭을 목표 임피던스에 맞게 정확하게 유지해야 합니다. 라우팅 채널이 좁은 경우 레이아웃을 깔끔하게 유지하고 임피던스 목표를 충족하기 위해 더 많은 레이어가 필요할 수 있습니다.

V. 신호 무결성 및 제조 가능성을 위한 계획에 대해 자세히 알아보기

A. 반환 경로를 짧고 로컬로 유지하세요.

항상 가까운 접지면에 리턴 전류가 흐를 수 있도록 신호 레이어를 계획하세요. 신호 레이어가 접지면 옆에 있으면 리턴 경로가 짧고 EMI가 낮습니다. 두 개의 혼합 평면 사이 또는 분할 평면 근처에 신호 레이어를 배치하면 리턴 경로가 로컬이 아닙니다. 이로 인해 더 많은 EMI가 발생하고 신호 무결성이 손상될 수 있습니다.

B. 분할된 평면과 이음새 보기

평면을 분할해야 하는 경우, 민감한 신호가 분할을 가로지르지 않도록 경로를 지정하세요. 고속 네트가 평면 분할을 통과해야 하는 경우 명확한 리턴 비아 또는 스티칭을 제공하여 리턴 경로를 일관되게 유지하세요. 분할 가장자리 근처에 비아 스티칭과 접지 비아를 사용하여 루프 영역을 줄이세요.

C. 스택업에서 전원/접지 쌍을 가깝게 유지합니다.

전원 플레인을 접지 플레인 옆에 배치하면 한 쌍이 커패시터를 형성합니다. 이는 전력을 분리하고 플레인 임피던스를 줄이는 데 도움이 됩니다. 이는 전력 무결성에 매우 유용합니다. 전원 레일이 여러 개 있는 경우 긴 리턴 경로를 피하기 위해 라우팅을 제어할 때만 한 쌍의 스택으로 그룹화하거나 분할 평면을 사용하세요.

D. 제조 가능성 규칙을 조기에 고려

시작할 때 DFM 제한을 설정합니다. 최소 트레이스 폭, 최소 트레이스 간격, 최소 환형 링 및 최소 드릴 크기를 지정합니다. 설계 규칙을 공장에서 안정적으로 만들 수 있는 것과 일치시킵니다. 매우 얇은 트레이스 또는 매우 작은 비아를 계획하는 경우 공급업체가 이를 처리할 수 있는지, 비용이 어떻게 달라지는지 확인하세요.

VI. 병목현상 계산에 대한 자세한 내용

A. 틈새에서 차선을 세는 방법

병목 영역의 간격 폭을 측정합니다.

계획한 트레이스 폭과 간격을 사용하여 한 레이어에 맞는 싱글 엔드 트랙의 수를 계산합니다. 차동 쌍의 경우 쌍 피치를 기준으로 몇 쌍이 맞는지 계산합니다.

트랙을 차단하는 킵아웃 영역과 비아를 고려합니다. 비아 필드 또는 기계식 구멍이 차지하는 공간만큼 사용 가능한 폭을 줄이세요.

B. 갭 용량에서 레이어 수 결정

하나의 레이어에 필요한 트랙을 담을 수 있다면 괜찮습니다.

그렇지 않은 경우 다른 라우팅 계층을 추가하고 다시 확인하세요.

레이어를 추가할 수 없는 경우 부품을 이동하거나 커넥터를 변경하거나 BGA 팬아웃 전략을 변경하는 것을 고려하세요.

VII. 모든 것을 종합하기 - 레이어 계획을 위한 실용적인 흐름

1단계. 제약 조건 및 대상 나열

BGA 수와 피치, 커넥터 수, 고속망 수, 전원 레일 목록, 성능 목표, 비용 목표 등 간단한 목록을 작성하세요.

2단계. 예비 스택업 스케치

중앙 근처에 필요한 전원 및 접지면부터 시작하세요. 그 주위에 신호 레이어를 배치합니다. 낮은 임피던스가 필요한 곳에 전원/접지 쌍을 사용하세요.

3단계. BGA 이스케이프 요구 사항 확인

각 BGA를 확인합니다. 이스케이프 레인이 더 필요한 경우 신호 레이어를 추가하거나 BGA 풋프린트를 변경하세요.

4단계. 고속 라우팅 채널 확인

모든 고속 네트워크를 표시합니다. 라우팅 채널을 예약합니다. 채널이 꽉 차면 레이어를 추가하거나 배치를 변경하세요.

5단계. 병목 현상 확인

각 좁은 틈새의 용량을 세어봅니다. 용량이 충분하지 않으면 레이어를 추가하거나 물건을 옮기세요.

6단계. 스택업 및 규칙 마무리

스택업 수정. 트레이스 너비, 간격 및 임피던스 목표를 설정합니다. 디자인이 DFM을 따르는지 확인합니다.

7단계. 엔지니어 및 제작자와 함께 검증

PCB 제작자 및 신호 무결성 엔지니어와 함께 스택 업을 검토합니다. 초기에 의견을 구하고 조정하세요.

VIII. 짧은 요약

레이어 계획은 전기적 요구와 실용적인 라우팅이 혼합된 것입니다. 전력이 안정적이고 리턴 경로가 짧도록 전원 및 접지 레이어를 계획합니다. 라우팅 채널, BGA 피치, 커넥터 깊이 및 병목 영역을 기반으로 신호 레이어를 계획합니다. 계획을 잘 세우면 라우팅이 더 쉽고 안정적입니다. 단순하게 생각하면 PCB 설계는 높은 건물을 짓는 것과 같습니다. 레이어 계획은 도면입니다. 도면이 정확하면 공사가 순조롭게 진행됩니다.