به طور کلی، دو قانون اصلی برای طراحی لمینت وجود دارد:
۱. هر لایه مسیریابی باید یک لایه مرجع مجاور (منبع تغذیه یا تشکیل) داشته باشد.
۲. لایه قدرت اصلی مجاور و زمین باید در حداقل فاصله نگه داشته شوند تا ظرفیت کوپلینگ بزرگی فراهم شود.
در زیر مثالی از یک پشته دو لایه تا هشت لایه آمده است:
الف) برد PCB یک طرفه و برد PCB دو طرفه لمینت شده
برای دو لایه، به دلیل کم بودن تعداد لایه‌ها، مشکل لایه لایه شدن وجود ندارد. کنترل تشعشعات EMI عمدتاً از طریق سیم‌کشی و چیدمان در نظر گرفته می‌شود؛
سازگاری الکترومغناطیسی صفحات تک لایه و دو لایه روز به روز برجسته‌تر می‌شود. دلیل اصلی این پدیده، مساحت حلقه سیگنال بسیار بزرگ است که نه تنها تابش الکترومغناطیسی قوی تولید می‌کند، بلکه مدار را نسبت به تداخل خارجی حساس می‌کند. ساده‌ترین راه برای بهبود سازگاری الکترومغناطیسی یک خط، کاهش مساحت حلقه یک سیگنال بحرانی است.
سیگنال بحرانی: از منظر سازگاری الکترومغناطیسی، سیگنال بحرانی عمدتاً به سیگنالی اشاره دارد که تابش قوی تولید می‌کند و به دنیای خارج حساس است. سیگنال‌هایی که می‌توانند تابش قوی تولید کنند، معمولاً سیگنال‌های دوره‌ای هستند، مانند سیگنال‌های کم فرکانس ساعت‌ها یا آدرس‌ها. سیگنال‌های حساس به تداخل، سیگنال‌هایی با سطوح پایین سیگنال‌های آنالوگ هستند.
صفحات تک لایه و دو لایه معمولاً در طرح‌های شبیه‌سازی فرکانس پایین زیر 10 کیلوهرتز استفاده می‌شوند:
۱) کابل‌های برق را در یک لایه به صورت شعاعی قرار دهید و مجموع طول خطوط را به حداقل برسانید.
۲) هنگام قرار دادن منبع تغذیه و سیم زمین در نزدیکی یکدیگر؛ یک سیم زمین را تا حد امکان نزدیک به سیم سیگنال کلید قرار دهید. بنابراین، یک ناحیه حلقه کوچکتر تشکیل می‌شود و حساسیت تابش حالت دیفرانسیلی به تداخل خارجی کاهش می‌یابد. هنگامی که یک سیم زمین در کنار سیم سیگنال اضافه می‌شود، مداری با کوچکترین ناحیه تشکیل می‌شود و جریان سیگنال باید از طریق این مدار به جای مسیر زمین دیگر هدایت شود.
۳) اگر برد مدار دو لایه باشد، می‌تواند در طرف دیگر برد مدار، نزدیک به خط سیگنال زیر، در امتداد پارچه خط سیگنال، یک سیم زمین، خطی تا حد امکان عریض، قرار گیرد. مساحت مدار حاصل برابر است با ضخامت برد مدار ضربدر طول خط سیگنال.
ب. لایه بندی چهار لایه
۱. سیگنال-زمین (PWR)-PWR (GND)-SIG؛
۲. زمین-مقاومت القایی القایی (PWR)-مقاومت القایی القایی القایی (PWR)-زمین؛
برای هر دوی این طرح‌های چندلایه، مشکل بالقوه مربوط به ضخامت سنتی صفحات ۱.۶ میلی‌متری (۶۲ میلی‌لیتری) است. فاصله لایه‌ها زیاد خواهد شد، که نه تنها برای کنترل امپدانس، کوپلینگ بین لایه‌ای و محافظ مفید است؛ به طور خاص، فاصله زیاد بین لایه‌های منبع تغذیه، ظرفیت خازنی صفحات را کاهش می‌دهد و برای فیلتر کردن نویز مفید نیست.
طرح اول معمولاً در مواردی استفاده می‌شود که تعداد زیادی تراشه روی برد وجود دارد. این طرح می‌تواند عملکرد SI بهتری داشته باشد، اما عملکرد EMI چندان خوب نیست، که عمدتاً توسط سیم‌کشی و سایر جزئیات کنترل می‌شود. توجه اصلی: این ساختار در لایه سیگنال متراکم‌ترین لایه سیگنال قرار دارد که منجر به جذب و سرکوب تابش می‌شود. سطح صفحه را افزایش دهید تا قانون 20H را رعایت کند.
برای طرح دوم، معمولاً در جایی استفاده می‌شود که تراکم تراشه روی برد به اندازه کافی کم باشد و فضای کافی در اطراف تراشه برای قرار دادن پوشش مس مورد نیاز وجود داشته باشد. در این طرح، لایه بیرونی PCB کاملاً لایه لایه است و دو لایه میانی لایه سیگنال/قدرت هستند. منبع تغذیه روی لایه سیگنال با یک خط پهن مسیریابی می‌شود که می‌تواند امپدانس مسیر جریان منبع تغذیه را کم کند و امپدانس مسیر میکرواستریپ سیگنال نیز کم باشد و همچنین می‌تواند تابش سیگنال داخلی را از طریق لایه بیرونی محافظت کند. از نقطه نظر کنترل EMI، این بهترین ساختار PCB 4 لایه موجود است.
توجه اصلی: دو لایه میانی سیگنال، فاصله لایه‌های اختلاط توان باید باز باشد، جهت خط عمودی باشد، از تداخل جلوگیری شود؛ مساحت مناسب پنل کنترل، مطابق با قوانین 20H؛ اگر قرار است امپدانس سیم‌ها کنترل شود، سیم‌ها را با دقت بسیار زیر جزایر مسی منبع تغذیه و زمین قرار دهید. علاوه بر این، منبع تغذیه یا سیم‌های مسی باید تا حد امکان به هم متصل باشند تا اتصال DC و فرکانس پایین تضمین شود.
ج. لایه لایه شدن شش لایه صفحات
برای طراحی با تراکم تراشه بالا و فرکانس کلاک بالا، طراحی برد ۶ لایه باید در نظر گرفته شود. روش لایه بندی توصیه می‌شود:
۱. سیگنال-زمین-سیگ-پد-زمین-سیگ-سیگ؛
برای این طرح، طرح لایه‌بندی به یکپارچگی سیگنال خوبی دست می‌یابد، با لایه سیگنال مجاور لایه زمین، لایه توان جفت شده با لایه زمین، امپدانس هر لایه مسیریابی می‌تواند به خوبی کنترل شود و هر دو لایه می‌توانند خطوط مغناطیسی را به خوبی جذب کنند. علاوه بر این، می‌تواند مسیر بازگشت بهتری را برای هر لایه سیگنال تحت شرایط تامین و تشکیل کامل برق فراهم کند.
۲. زمین-نشانگر سیگنال-زمین-پتانسیل برق-نشانگر سیگنال-زمین؛
برای این طرح، این طرح فقط در مواردی اعمال می‌شود که چگالی دستگاه خیلی زیاد نباشد. این لایه تمام مزایای لایه بالایی را دارد و صفحه زمین لایه بالا و پایین نسبتاً کامل است که می‌تواند به عنوان یک لایه محافظ بهتر مورد استفاده قرار گیرد. توجه به این نکته مهم است که لایه قدرت باید نزدیک لایه‌ای باشد که صفحه قطعه اصلی نیست، زیرا صفحه پایین کامل‌تر خواهد بود. بنابراین، عملکرد EMI بهتر از طرح اول است.
خلاصه: برای طرح برد شش لایه، فاصله بین لایه قدرت و زمین باید به حداقل برسد تا اتصال خوب قدرت و زمین حاصل شود. با این حال، اگرچه ضخامت صفحه ۶۲ میلی‌لیتر و فاصله بین لایه‌ها کاهش یافته است، اما کنترل فاصله بسیار کم بین منبع تغذیه اصلی و لایه زمین هنوز دشوار است. در مقایسه با طرح اول و طرح دوم، هزینه طرح دوم به میزان قابل توجهی افزایش می‌یابد. بنابراین، معمولاً هنگام چیدن قطعات، گزینه اول را انتخاب می‌کنیم. در طول طراحی، از قوانین ۲۰H و قوانین لایه آینه‌ای پیروی کنید.
د. لایه بندی هشت لایه
۱. به دلیل ظرفیت جذب الکترومغناطیسی ضعیف و امپدانس توان بالا، این روش مناسبی برای لایه بندی نیست. ساختار آن به شرح زیر است:
سطح جزء 1.Signal 1، لایه سیم کشی میکرواستریپ
2. لایه مسیریابی میکرواستریپ داخلی سیگنال 2، لایه مسیریابی خوب (جهت X)
۳.زمین
لایه مسیریابی خط نواری سیگنال ۳، لایه مسیریابی خوب (جهت Y)
لایه مسیریابی کابل سیگنال ۴
۶. قدرت
۷. لایه سیم‌کشی میکرواستریپ داخلی سیگنال ۵
۸. لایه سیم‌کشی میکرواستریپ سیگنال ۶
۲. این نوعی از حالت سوم انباشتگی است. به دلیل اضافه شدن لایه مرجع، عملکرد EMI بهتری دارد و امپدانس مشخصه هر لایه سیگنال را می‌توان به خوبی کنترل کرد.
1. سطح جزء سیگنال 1، لایه سیم کشی میکرواستریپ، لایه سیم کشی خوب
2. لایه زمین، توانایی جذب موج الکترومغناطیسی خوب
۳. لایه مسیریابی کابل سیگنال ۲. لایه مسیریابی کابل خوب
۴. لایه قدرت و لایه‌های زیرین آن، جذب الکترومغناطیسی بسیار خوبی را تشکیل می‌دهند. ۵. لایه زمین
۶. لایه مسیریابی کابل سیگنال ۳. لایه مسیریابی کابل خوب
۷. تشکیل نیرو، با امپدانس توان بالا
۸. لایه کابل میکرواستریپ سیگنال ۴. لایه کابل خوب
۳، بهترین حالت انباشت، زیرا استفاده از صفحه مرجع زمین چند لایه ظرفیت جذب ژئومغناطیسی بسیار خوبی دارد.
1. سطح جزء سیگنال 1، لایه سیم کشی میکرواستریپ، لایه سیم کشی خوب
2. لایه زمین، توانایی جذب موج الکترومغناطیسی خوب
۳. لایه مسیریابی کابل سیگنال ۲. لایه مسیریابی کابل خوب
۴. لایه قدرت و لایه‌های زیرین آن، جذب الکترومغناطیسی بسیار خوبی را تشکیل می‌دهند. ۵. لایه زمین
۶. لایه مسیریابی کابل سیگنال ۳. لایه مسیریابی کابل خوب
7. لایه زمین، توانایی جذب موج الکترومغناطیسی بهتر
۸. لایه کابل میکرواستریپ سیگنال ۴. لایه کابل خوب
انتخاب تعداد لایه‌های مورد استفاده و نحوه استفاده از لایه‌ها به تعداد شبکه‌های سیگنال روی برد، تراکم دستگاه، تراکم پین، فرکانس سیگنال، اندازه برد و بسیاری از عوامل دیگر بستگی دارد. ما باید این عوامل را در نظر بگیریم. هرچه تعداد شبکه‌های سیگنال بیشتر باشد، تراکم دستگاه بیشتر است، تراکم پین بالاتر است، طراحی سیگنال باید تا حد امکان با فرکانس بالاتری اتخاذ شود. برای عملکرد خوب EMI بهتر است اطمینان حاصل شود که هر لایه سیگنال، لایه مرجع خود را دارد.
زمان ارسال: ۲۶ ژوئن ۲۰۲۳
