Registro de uso del software Altium Designer (AD) Diseño de pila de 05 PCB

Registro de uso del software Altium Designer (AD) Diseño de pila de 05 PCB

1. Introducción de capas positivas y negativas

1. Capa positiva (Señal)

La película positiva generalmente se usa en la capa de señal del cableado. El lugar donde se realiza el cableado es un cable de cobre, y Polygon Pour se usa para llenar una gran pieza de cobre.

2. Capa negativa (Plano)

La película negativa es todo lo contrario, es el recubrimiento de cobre por defecto, y el lugar donde se enruta la línea es la línea divisoria, es decir, después de generar una película negativa, toda la capa se ha cubierto con cobre. es dividir el revestimiento de cobre y luego establecer la red dividida.

3. Segmentación de la capa eléctrica interna

En AD, use directamente Línea y la tecla de acceso directo PL para dividir. La línea divisoria no debe ser demasiado delgada, use 15 mil o más.
Para dividir el vertido de cobre, simplemente use Línea para dibujar un marco poligonal cerrado y haga doble clic en el cobre para establecer la red en el marco.

Tanto la película positiva como la negativa se pueden usar para la capa eléctrica interna, y la película positiva también se puede realizar mediante cableado y revestimiento de cobre.
La ventaja de la película negativa es que por defecto se rellena con un gran bloque de cobre, no necesita ser reconstruido al agregar vías, cambiar el tamaño del cobre, etc. calcular el cobre. Cuando la capa intermedia se usa para la capa de potencia y la capa GND, la mayoría de las capas están cubiertas con piezas grandes de cobre, por lo que la ventaja de usar una película negativa es obvia.

Sugerencias y consejos: se recomienda que la capa de señal se procese de forma "positiva", y que la capa de alimentación y la capa GND se procesen de forma "negativa", lo que puede reducir en gran medida el tamaño de los datos del archivo y mejorar el diseño. velocidad.

2. Diseño de sangría de capas de película positivas y negativas.

1. Hendidura de ajuste de película negativa

Diseño -> Administrador de capas (tecla de acceso directo DK), seleccione la capa de película negativa que debe configurarse con sangría

Presione F11 para abrir el panel de propiedades, busque la columna Distancia de retroceso y complete el valor que debe sangrarse.

Nota: La pila es simétrica por defecto. Al configurar el valor de contracción negativa de la segunda capa, la tercera capa también se modificará al mismo valor sincrónicamente; si no se requiere una modificación sincrónica (una capa es GND y la otra capa es PWR), desmarque Stack Symmetry para establecer diferentes valores de sangría.

principio 20H

El principio 20H significa que la distancia entre la capa de potencia y la formación se reduce en 20H, y H representa la distancia entre la capa de potencia y la formación. Por supuesto, también es para suprimir el efecto de radiación de borde. EMI se irradia hacia el exterior en el borde de la placa. La capa de energía se retrae para que el campo eléctrico solo se conduzca dentro del rango de la capa de tierra, lo que mejora efectivamente la emc. Si la retracción es de 20H, el 70% del campo eléctrico puede estar confinado dentro del borde del suelo; si la retracción es de 100H, el 98% del campo eléctrico puede estar confinado.
Requerimos que el plano de tierra sea más grande que la capa de potencia o señal, lo que es beneficioso para evitar la interferencia de radiación externa y proteger al mundo exterior de interferir consigo mismo. Generalmente, al diseñar la placa de circuito impreso, se reduce la capa de potencia en 1 mm desde la capa de tierra básicamente puede cumplir con el principio 20H.

La distancia en la que nos encogemos es la distancia de "20H" que dijimos antes. Esta H se refiere al espesor dieléctrico entre la capa de potencia y la capa de tierra. La adopción de la "regla de 20H" significa garantizar que el borde del plano de potencia es menor que el borde del plano 0 V. Al menos la muesca es equivalente a 20 veces la distancia de la capa entre los dos planos.

Sin embargo, debido al diseño de la pila, en algunas placas de circuito impreso comunes, si se cumple estrictamente el 20H, el cableado de la placa de circuito impreso no se puede realizar, por lo que el método de procesamiento general es reducir la fuente de alimentación GND en 1 mm en relación con GND, por lo que el desempeño de nuestra junta también está garantizado en cierta medida.

También debemos tener en cuenta que nuestro principio 20H solo puede tener efectos obvios bajo ciertas condiciones.

1. El plano de potencia debe estar dentro de la PCB, y las capas superior e inferior adyacentes son planos de 0 V. La distancia entre estos dos planos de 0 V debe ser al menos 20 veces la distancia de la capa entre ellos y el plano de potencia.

2. El número total de capas de PCB debe ser mayor o igual a 8 capas.

Finalmente, el suelo de la película negativa se retrae 20 mil y la fuente de alimentación de la película negativa se retrae 60 mil.

Luego, haga una conexión a tierra de protección a través del orificio en la cinta retráctil de 1 mm, uno de 150 mil.

2. Contracción positiva del fraguado de tendido de cobre

1. Establecer reglas

Encuentre la capa del marco de la placa en la interfaz de diseño de PCB, copie la capa del marco de la placa y péguela, conviértala en una capa de exclusión y deshabilite la herramienta de capa de cableado: conversión: convierta el elemento seleccionado en una capa de exclusión. Cree una capa de cableado prohibido consistente con la capa del marco de la placa.

DR encuentra Separación, hace clic con el botón derecho y selecciona una nueva regla, como se muestra en la siguiente figura: Establezca la distancia mínima entre la capa de cableado prohibido y el tendido de cobre (valor de contracción interna).

2. Reposición de cobre

En la interfaz de diseño de PCB, seleccione el tendido de cobre T->G->R y seleccione el tendido de cobre para la transmisión.
En este punto, está hecho.

3. El diseño en cascada de AD

Diseño -> Administrador de cascada (tecla de acceso directo DK)

1. Se pueden agregar capas, Signal es una película positiva y Plane es una película negativa.
2. El nombre de la capa puede ser modificado por usted mismo. Generalmente, se configura con un nombre que es fácil de identificar.
3. Configure el grosor del tablero de acuerdo con la estructura apilada
4. Para cumplir con el principio de diseño "20H", puede configurar la sangría de capa negativa

4. Problemas que requieren atención en el diseño de pilas

1. En términos generales, el diseño de la pila sigue principalmente dos reglas

1. Cada capa de cableado debe tener una capa de referencia adyacente (alimentación o tierra);

2. La capa de suministro de energía principal adyacente y la capa de tierra deben mantener una distancia mínima para proporcionar una gran capacitancia de acoplamiento.

2. El apilamiento de tablero de dos capas a tablero de ocho capas se enumera a continuación para una explicación de ejemplo

1. Laminación de placa PCB de una cara y placa PCB de doble cara

Para tableros de dos capas, debido al pequeño número de capas de tablero, no hay problema de apilamiento. El control de la radiación EMI se considera principalmente a partir del cableado y el diseño;

El problema de la compatibilidad electromagnética de los tableros de una sola capa y de los tableros de doble capa es cada vez más importante. La razón principal de este fenómeno es que el área del bucle de señal es demasiado grande, lo que no solo produce una fuerte radiación electromagnética, sino que también hace que el circuito sea sensible a las interferencias externas. Para mejorar la compatibilidad electromagnética del circuito, la forma más sencilla es reducir el área de bucle de la señal clave.

Señales clave: desde la perspectiva de la compatibilidad electromagnética, las señales clave se refieren principalmente a señales que generan una fuerte radiación y señales que son sensibles al mundo exterior. Las señales que pueden generar una fuerte radiación son generalmente señales periódicas, como señales de relojes o direcciones de bajo orden. Las señales sensibles a la interferencia son aquellas señales analógicas con niveles bajos.

Las placas de una y dos capas se utilizan generalmente en diseños analógicos de baja frecuencia por debajo de 10 KHz:

1) Las trazas de la fuente de alimentación en la misma capa se enrutan radialmente y la suma de las longitudes de las líneas se minimiza;

2) Al pasar la fuente de alimentación y los cables de tierra, deben estar cerca uno del otro; coloque un cable de tierra al lado de la línea de señal clave, y este cable de tierra debe estar lo más cerca posible de la línea de señal. Esto forma un área de bucle más pequeña y reduce la sensibilidad de la radiación de modo diferencial a la interferencia externa. Cuando se agrega un cable a tierra junto a la línea de señal, se forma un bucle con el área más pequeña y la corriente de la señal definitivamente tomará este bucle en lugar de otras rutas de cable a tierra.

3) Si se trata de una placa de circuito de doble capa, puede colocar una línea de tierra a lo largo de la línea de señal en el otro lado de la placa de circuito, cerca de la parte inferior de la línea de señal, y la línea debe ser lo más ancha posible. El área del bucle formado de esta manera es igual al grosor de la placa de circuito multiplicado por la longitud de la línea de señal.

2. Laminación de tableros de cuatro capas.

1. SIG－GND(PWR)－PWR (GND)－SIG；
2. TIERRA－SEÑAL(PWR)－SEÑAL(PWR)－TIERRA；

Para los dos diseños de apilamiento anteriores, el problema potencial es el espesor de placa tradicional de 1,6 mm (62 mil). El espaciado de las capas será muy grande, lo que no es propicio para controlar la impedancia, el acoplamiento entre capas y el blindaje; especialmente, el gran espacio entre las capas de tierra de potencia reduce la capacitancia de la placa y no es propicio para filtrar el ruido.

Para la primera solución, generalmente se aplica a la situación en la que hay muchas fichas en el tablero. Esta solución puede obtener un mejor rendimiento de SI, pero no es muy bueno para el rendimiento de EMI y se controla principalmente mediante el enrutamiento y otros detalles. Atención principal: la capa de tierra se coloca en la capa conectada de la capa de señal con la señal más densa, lo que favorece la absorción y supresión de la radiación; el aumento del área de la placa refleja la regla 20H.

Para la segunda solución, generalmente se aplica en ocasiones en las que la densidad del chip en la placa es lo suficientemente baja y hay suficiente área alrededor del chip (para colocar la capa de cobre de la fuente de alimentación requerida). En este esquema, la capa exterior de la PCB es la capa de tierra y las dos capas intermedias son la capa de señal/potencia. La fuente de alimentación en la capa de señal se enruta con cables anchos, lo que puede hacer que la impedancia de la ruta de la corriente de la fuente de alimentación sea baja, y la impedancia de la ruta de la microcinta de la señal también es baja, y también puede proteger la radiación de la señal de la capa interna a través del exterior. capa. Desde el punto de vista del control de EMI, esta es la mejor estructura de PCB de 4 capas disponible.

Atención principal: la distancia entre la señal y las capas mixtas de potencia de las dos capas intermedias debe abrirse, y la dirección de enrutamiento debe ser vertical para evitar la diafonía; el área de la placa debe controlarse adecuadamente para reflejar la regla 20H; dispuesta debajo de la fuente de alimentación y puesta a tierra isla de cobre. Además, el cobre en el plano de alimentación o tierra debe interconectarse tanto como sea posible para garantizar la conectividad de CC y baja frecuencia.

3. Laminación de tablero de seis capas.

Para el diseño con alta densidad de chips y alta frecuencia de reloj, se debe considerar el diseño de la placa de 6 capas y se recomienda el método de apilamiento:
1. SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG;

Para este esquema, este esquema de apilamiento puede obtener una mejor integridad de la señal, la capa de señal está adyacente al plano de tierra, el plano de potencia y el plano de tierra están emparejados, la impedancia de cada capa de traza se puede controlar bien y las dos Las formaciones son bueno para absorber líneas de campo magnético. Y puede proporcionar una mejor ruta de retorno para cada capa de señal cuando la fuente de alimentación y la capa de tierra están completas.

2.GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND;

Para este tipo de esquema, este tipo de esquema solo es adecuado para el caso en que la densidad del dispositivo no sea muy alta.Este tipo de pila tiene todas las ventajas de la pila anterior, y los planos de tierra de las capas superior e inferior son relativamente completo, que se puede utilizar como una mejor capa de protección. Cabe señalar que la capa de potencia debe estar cerca de la capa que no es la superficie del componente principal, porque el plano inferior será más completo. Por lo tanto, el rendimiento de EMI es mejor que la primera solución.

Resumen : para la solución de placa de seis capas, la distancia entre la capa de potencia y la capa de tierra debe minimizarse para obtener una buena potencia y un buen acoplamiento a tierra. Sin embargo, con un espesor de placa de 62 mil, aunque el espacio entre capas se ha reducido, todavía no es fácil controlar que la distancia entre la fuente de alimentación principal y la formación sea muy pequeña. Comparando el primer esquema con el segundo esquema, el costo del segundo esquema aumentará considerablemente. Por ello, solemos elegir la primera opción a la hora de apilar. Al diseñar, siga la regla 20H y el diseño de la regla de la capa de espejo.

4. Laminación de tablero de ocho capas.

1. Debido a la baja capacidad de absorción electromagnética y la gran impedancia de la fuente de alimentación, este no es un buen método de apilamiento. Su estructura es la siguiente:

1. Superficie de señal de 1 componente, capa de enrutamiento microstrip

2. Capa de cableado microstrip interna de señal 2, mejor capa de cableado (dirección X)

3. Tierra

4. Capa de cableado de línea de banda de señal 3, mejor capa de cableado (dirección Y)

5. Capa de cableado de línea de banda de señal 4

6. Poder

7. Capa de enrutamiento microstrip interna Signal 5

8. Capa de enrutamiento de señal 6 microstrip

2. Es una variante del tercer método de apilamiento. Debido a la adición de la capa de referencia, tiene un mejor rendimiento de EMI y la impedancia característica de cada capa de señal se puede controlar bien.

1. Superficie de componente de señal 1, capa de cableado microstrip, buena capa de cableado
2. Formación de tierra, mejor capacidad de absorción de ondas electromagnéticas
3. Capa de cableado de línea de señal 2, buena capa de cableado
4. Capa de fuente de alimentación y los estratos subyacentes constituyen una excelente absorción electromagnética
5. Estrato de tierra
6. Capa de enrutamiento de línea de banda de señal 3, buena capa de enrutamiento
7. Estrato de potencia, con gran impedancia de fuente de alimentación
8. Capa de enrutamiento de microcinta de señal 4, una buena capa de seguimiento

3. El mejor método de apilamiento, debido al uso de planos de referencia terrestres de múltiples capas, tiene una muy buena capacidad de absorción geomagnética.

1. Superficie de componente de señal 1, capa de cableado microstrip, buena capa de cableado
2. Formación de tierra, mejor capacidad de absorción de ondas electromagnéticas
3. Capa de cableado de línea de señal 2, buena capa de cableado
4. Capa de fuente de alimentación, formando una excelente los
electromagnéticaabsorción
estratos subyacentes , una buena capa de rastro

Para elegir cuántas capas de placas diseñar y qué método usar, depende de muchos factores, como la cantidad de redes de señal en la placa, la densidad del dispositivo, la densidad de PIN, la frecuencia de la señal y el tamaño de la placa. Para estos factores tenemos que considerar exhaustivamente.

Cuanto mayor sea el número de redes de señal, mayor sea la densidad del dispositivo, mayor sea la densidad del PIN y mayor sea la frecuencia de la señal, el diseño de placa multicapa debe usarse tanto como sea posible. Para un buen rendimiento de EMI, es mejor asegurarse de que cada capa de señal tenga su propia capa de referencia.