Jak określić liczbę warstw w płytkach PCB?

Przed podjęciem decyzji o liczbie warstw płytki drukowanej należy określić cel, w jakim będzie ona używana. Wpłynie to na liczbę wymaganych warstw, podobnie jak złożoność obwodu elektronicznego i ilość zużywanej przez niego energii. Ogólnie rzecz biorąc, zaawansowane technologicznie aplikacje wymagają dużej liczby warstw.

Korzystanie z estymatora warstwy sygnału

Oszacowanie liczby warstw PCB jest kluczowym krokiem w produkcji płytek drukowanych. Im więcej warstw ma płytka drukowana, tym droższa będzie jej produkcja. Więcej warstw wymaga również więcej etapów produkcji, materiałów i czasu. Korzystanie z estymatora warstw sygnału pomoże ci określić właściwą liczbę warstw do zastosowania na twojej płytce drukowanej. Następnie można odpowiednio dostosować płytkę, aby uzyskać wydajny projekt.

Warstwa sygnałowa jest pierwszą warstwą dwuwarstwowej płytki PCB. Materiał miedziany użyty w warstwie pierwszej ma grubość 0,0014 cala. Waży około jednej uncji. Efekt tej warstwy będzie się różnić w zależności od rozmiaru płytki.
Korzystanie z estymatora płaszczyzny uziemienia

Liczba warstw wymaganych dla danego projektu zależy od poziomów mocy i złożoności obwodów. Większa liczba warstw zwiększa koszty produkcji, ale pozwala też na zastosowanie większej liczby ścieżek i komponentów. Dlatego też oszacowanie liczby warstw jest ważnym krokiem w procesie projektowania. Sierra Circuits stworzyła narzędzie o nazwie Signal Layer Estimator, które może pomóc w określeniu liczby warstw wymaganych dla PCB.

Projekt płytki drukowanej ma kluczowe znaczenie dla wydajności urządzenia. Proces projektowania musi określać liczbę warstw dla zasilania, uziemienia, routingu i specjalnych rozważań. Płytki PCB mogą mieć nawet cztery warstwy, a warstwy sygnałowe muszą znajdować się blisko siebie. Taki układ redukuje niepożądane sygnały i utrzymuje opozycję między prądami i obwodami w dopuszczalnych granicach. Idealny zakres dla tej opozycji wynosi od 50 do 60 omów. Zbyt niska impedancja może powodować skoki pobieranego prądu. Z drugiej strony, zbyt wysoka impedancja wygeneruje więcej zakłóceń elektromagnetycznych i narazi płytkę na obce zakłócenia.

Zarządzanie dobrym stosem

Zarządzanie dobrym stackupem w projektowaniu PCBA wymaga zrozumienia różnych wymagań dotyczących stackupu. Trzy główne wymagania to kontrolowana impedancja, kontrola przesłuchów i pojemność międzypłaszczyznowa. Producenci nie mogą uwzględnić dwóch pierwszych wymagań, ponieważ tylko inżynier projektu wie, czego potrzebują.

Warstwy PCB muszą być ułożone w taki sposób, aby były kompatybilne i mogły przesyłać sygnały. Ponadto warstwy muszą być ze sobą połączone. Warstwa sygnałowa musi przylegać do płaszczyzny zasilania, płaszczyzny masy i płaszczyzny uziemienia. Aby osiągnąć te cele, najlepszym trybem jest układ 8-warstwowy, ale można go dostosować do wymagań projektu.

Dobre ułożenie może zmniejszyć przesłuch, czyli energię, która przemieszcza się z jednej ścieżki PCB do drugiej. Istnieją dwa rodzaje przesłuchów: indukcyjne i pojemnościowe. Przesłuch indukcyjny jest zdominowany przez prądy powrotne, które generują pola magnetyczne w innych ścieżkach.

Uwzględnienie ograniczeń w zakresie wyłączania podzespołów lub przestrzeni nad głową

Określając liczbę warstw na płytce drukowanej, należy pamiętać o wszelkich ograniczeniach dotyczących przestrzeni nad głową lub komponentów, które mogą mieć zastosowanie. Ograniczenia head-room odnoszą się do obszarów na płytce, gdzie fizyczny kształt komponentów jest zbyt blisko płytki lub gdzie płytka nie jest wystarczająco duża, aby pomieścić określony komponent. Zazwyczaj są one zaznaczone na schemacie. Rodzaj komponentów na płytce i ogólny układ określają liczbę warstw.

Obliczanie impedancji mikropasków i linii paskowych dla sygnałów o dużej prędkości

Korzystając z tego samego wzoru matematycznego, możemy obliczyć impedancję zarówno linii paskowych, jak i mikropasków dla sygnałów o dużej prędkości. W przeciwieństwie do linii paskowej, impedancja charakterystyczna mikropasków zależy od szerokości ścieżki, a nie jej wysokości. W rezultacie, im wyższa częstotliwość, tym wyższa impedancja charakterystyczna mikropasków.

W projektowaniu obwodów linie o kontrolowanej impedancji są najczęściej ustawiane w konfiguracji mikropaskowej. Konfiguracja mikropaskowa ze sprzężeniem krawędziowym wykorzystuje parę różnicową na zewnętrznej warstwie płytki drukowanej z przylegającą płaszczyzną odniesienia. Z drugiej strony, mikropasek wbudowany wykorzystuje dodatkowe materiały dielektryczne, takie jak Soldermask. Ponadto, trasowanie linii paskowych jest zwykle symetryczne.

Wartości impedancji nie zawsze są dokładne, ponieważ na obwody mają wpływ różne czynniki i parametry. Nieprawidłowo obliczone wartości mogą prowadzić do błędów w projekcie PCB i mogą zakłócać działanie obwodu. Aby uniknąć takiej sytuacji, należy skorzystać z kalkulatora impedancji. Jest to potężne narzędzie do rozwiązywania problemów z impedancją i uzyskiwania dokładnych wyników.