Nhìn chung, có hai quy tắc chính cho thiết kế nhiều lớp:
1. Mỗi lớp định tuyến phải có một lớp tham chiếu liền kề (nguồn điện hoặc đội hình);
2. Lớp nguồn điện chính liền kề và mặt đất phải được giữ ở khoảng cách tối thiểu để cung cấp điện dung ghép nối lớn;
Sau đây là ví dụ về ngăn xếp từ hai lớp đến tám lớp:
A.Bảng mạch in một mặt và bảng mạch in hai mặt được ghép nhiều lớp
Đối với hai lớp, do số lượng lớp ít nên không có vấn đề về chồng lớp. Kiểm soát bức xạ EMI chủ yếu được xem xét từ hệ thống dây điện và bố trí;
Tính tương thích điện từ của các tấm một lớp và hai lớp ngày càng trở nên rõ ràng. Nguyên nhân chính của hiện tượng này là diện tích vòng lặp tín hiệu quá lớn, không chỉ tạo ra bức xạ điện từ mạnh mà còn khiến mạch dễ bị nhiễu từ bên ngoài. Cách đơn giản nhất để cải thiện tính tương thích điện từ của đường dây là giảm diện tích vòng lặp của tín hiệu quan trọng.
Tín hiệu quan trọng: Xét về khả năng tương thích điện từ, tín hiệu quan trọng chủ yếu đề cập đến tín hiệu tạo ra bức xạ mạnh và nhạy cảm với thế giới bên ngoài. Các tín hiệu có thể tạo ra bức xạ mạnh thường là các tín hiệu tuần hoàn, chẳng hạn như tín hiệu xung nhịp hoặc địa chỉ thấp. Tín hiệu nhạy cảm với nhiễu là các tín hiệu có mức tín hiệu tương tự thấp.
Tấm một lớp và hai lớp thường được sử dụng trong thiết kế mô phỏng tần số thấp dưới 10KHz:
1) Định tuyến cáp điện trên cùng một lớp theo kiểu xuyên tâm và giảm thiểu tổng chiều dài của các đường dây;
2) Khi đi dây nguồn và dây tiếp địa, hãy đặt dây tiếp địa gần nhau; đặt dây tiếp địa càng gần dây tín hiệu chính càng tốt. Nhờ đó, diện tích vòng lặp được tạo thành nhỏ hơn và độ nhạy của bức xạ chế độ vi sai với nhiễu bên ngoài được giảm xuống. Khi thêm dây tiếp địa bên cạnh dây tín hiệu, một mạch có diện tích nhỏ nhất được hình thành, và dòng tín hiệu phải được định tuyến qua mạch này thay vì đường tiếp địa khác.
3) Nếu là bo mạch hai lớp, có thể đặt ở mặt bên kia của bo mạch, gần đường tín hiệu bên dưới, dọc theo đường tín hiệu, một dây tiếp địa được quấn, đường dây càng rộng càng tốt. Diện tích mạch thu được bằng độ dày của bo mạch nhân với chiều dài của đường tín hiệu.
B.Cán màng bốn lớp
1. Tín hiệu nối đất (PWR)-PWR (GND)-SIG;
2. GND-SIG(PWR)-SIG(PWR)-GND;
Đối với cả hai thiết kế nhiều lớp này, vấn đề tiềm ẩn nằm ở độ dày tấm truyền thống 1,6 mm (62 mil). Khoảng cách giữa các lớp sẽ lớn, không chỉ thuận lợi cho việc kiểm soát trở kháng, ghép nối giữa các lớp và che chắn; mà còn đặc biệt, khoảng cách lớn giữa các lớp nguồn làm giảm điện dung tấm và không có lợi cho việc lọc nhiễu.
Đối với sơ đồ đầu tiên, nó thường được sử dụng trong trường hợp số lượng chip lớn trên bo mạch. Sơ đồ này có thể đạt được hiệu suất SI tốt hơn, nhưng hiệu suất EMI không tốt lắm, chủ yếu được kiểm soát bởi hệ thống dây điện và các chi tiết khác. Lưu ý chính: Việc hình thành được đặt trong lớp tín hiệu dày đặc nhất, có lợi cho việc hấp thụ và triệt tiêu bức xạ; Tăng diện tích tấm để phản ánh quy tắc 20H.
Đối với sơ đồ thứ hai, nó thường được sử dụng khi mật độ chip trên bo mạch đủ thấp và có đủ diện tích xung quanh chip để đặt lớp phủ đồng công suất cần thiết. Trong sơ đồ này, lớp ngoài cùng của PCB là lớp toàn bộ, và hai lớp giữa là lớp tín hiệu/nguồn. Nguồn điện trên lớp tín hiệu được định tuyến bằng một đường dây rộng, có thể làm giảm trở kháng đường dẫn của dòng điện nguồn, và trở kháng đường dẫn của vi dải tín hiệu cũng thấp, đồng thời có thể che chắn bức xạ tín hiệu bên trong qua lớp ngoài. Xét về mặt kiểm soát nhiễu điện từ (EMI), đây là cấu trúc PCB 4 lớp tốt nhất hiện có.
Lưu ý chính: Khoảng cách giữa hai lớp tín hiệu và lớp trộn công suất phải được mở, hướng của đường dây theo chiều thẳng đứng, tránh nhiễu xuyên âm; Khu vực bảng điều khiển phù hợp, tuân thủ quy tắc 20H; Nếu muốn kiểm soát trở kháng của dây, hãy cẩn thận đặt dây dưới các đảo đồng của nguồn điện và đất. Ngoài ra, nguồn điện hoặc lớp đồng nên được kết nối càng nhiều càng tốt để đảm bảo kết nối DC và tần số thấp.
C. Ghép sáu lớp tấm
Đối với thiết kế mật độ chip cao và tần số xung nhịp cao, nên cân nhắc thiết kế bo mạch 6 lớp. Phương pháp ép lớp được khuyến nghị:
1.SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG;
Với sơ đồ này, sơ đồ ghép lớp đạt được tính toàn vẹn tín hiệu tốt, với lớp tín hiệu liền kề với lớp tiếp địa, lớp nguồn được ghép nối với lớp tiếp địa, trở kháng của mỗi lớp định tuyến có thể được kiểm soát tốt và cả hai lớp đều có thể hấp thụ tốt các đường từ. Ngoài ra, nó có thể cung cấp đường dẫn trở về tốt hơn cho mỗi lớp tín hiệu trong điều kiện nguồn điện và cấu hình hoàn chỉnh.
2. GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND;
Đối với sơ đồ này, sơ đồ này chỉ áp dụng cho trường hợp mật độ thiết bị không quá cao. Lớp này sở hữu tất cả các ưu điểm của lớp trên, và mặt đất của lớp trên cùng và lớp dưới cùng tương đối hoàn chỉnh, có thể được sử dụng làm lớp che chắn tốt hơn. Điều quan trọng cần lưu ý là lớp nguồn nên nằm gần lớp không phải là mặt phẳng linh kiện chính, vì mặt phẳng dưới cùng sẽ hoàn chỉnh hơn. Do đó, hiệu suất EMI tốt hơn so với sơ đồ đầu tiên.
Tóm tắt: Đối với sơ đồ bo mạch sáu lớp, khoảng cách giữa lớp nguồn và đất cần được giảm thiểu để đạt được khả năng tiếp xúc tốt với nguồn và đất. Tuy nhiên, mặc dù độ dày tấm 62mil và khoảng cách giữa các lớp đã được giảm bớt, nhưng việc kiểm soát khoảng cách giữa nguồn chính và lớp đất vẫn rất khó khăn. So với sơ đồ thứ nhất và sơ đồ thứ hai, chi phí của sơ đồ thứ hai tăng lên đáng kể. Do đó, chúng tôi thường chọn phương án thứ nhất khi xếp chồng. Trong quá trình thiết kế, hãy tuân thủ các quy tắc 20H và quy tắc lớp gương.
D. Cán tám lớp
1. Do khả năng hấp thụ điện từ kém và trở kháng công suất lớn, đây không phải là phương pháp cán màng tốt. Cấu trúc của nó như sau:
1.Bề mặt tín hiệu 1 thành phần, lớp dây dẫn vi dải
2.Tín hiệu 2 lớp định tuyến vi dải bên trong, lớp định tuyến tốt (hướng X)
3. Mặt đất
4.Tín hiệu 3 Lớp định tuyến đường dây, lớp định tuyến tốt (hướng Y)
5. Lớp định tuyến cáp tín hiệu 4
6. Quyền lực
7. Lớp dây dẫn vi dải bên trong Signal 5
8.Tín hiệu 6 Lớp dây vi dải
2. Đây là một biến thể của chế độ xếp chồng thứ ba. Nhờ bổ sung lớp tham chiếu, hiệu suất EMI tốt hơn và trở kháng đặc tính của mỗi lớp tín hiệu có thể được kiểm soát tốt.
1.Bề mặt tín hiệu 1 thành phần, lớp dây dẫn vi dải, lớp dây dẫn tốt
2.Tầng đất, khả năng hấp thụ sóng điện từ tốt
3.Tín hiệu 2 Lớp định tuyến cáp. Lớp định tuyến cáp tốt
4. Lớp điện và các tầng tiếp theo tạo nên khả năng hấp thụ điện từ tuyệt vời. 5. Tầng đất
6.Tín hiệu 3 Lớp định tuyến cáp. Lớp định tuyến cáp tốt
7. Hình thành công suất, với trở kháng công suất lớn
8. Lớp cáp vi dải tín hiệu 4. Lớp cáp tốt
3, Chế độ xếp chồng tốt nhất, vì việc sử dụng mặt phẳng tham chiếu mặt đất nhiều lớp có khả năng hấp thụ từ trường địa từ rất tốt.
1.Bề mặt tín hiệu 1 thành phần, lớp dây dẫn vi dải, lớp dây dẫn tốt
2.Tầng đất, khả năng hấp thụ sóng điện từ tốt
3.Tín hiệu 2 Lớp định tuyến cáp. Lớp định tuyến cáp tốt
4. Lớp điện và các tầng tiếp theo tạo nên khả năng hấp thụ điện từ tuyệt vời. 5. Tầng đất
6.Tín hiệu 3 Lớp định tuyến cáp. Lớp định tuyến cáp tốt
7.Tầng đất, khả năng hấp thụ sóng điện từ tốt hơn
8. Lớp cáp vi dải tín hiệu 4. Lớp cáp tốt
Việc lựa chọn số lượng lớp và cách sử dụng các lớp phụ thuộc vào số lượng mạng tín hiệu trên bo mạch, mật độ thiết bị, mật độ PIN, tần số tín hiệu, kích thước bo mạch và nhiều yếu tố khác. Chúng ta cần cân nhắc những yếu tố này. Số lượng mạng tín hiệu càng nhiều, mật độ thiết bị càng cao, mật độ PIN càng cao, tần số tín hiệu càng cao thì thiết kế càng phải được áp dụng càng nhiều càng tốt. Để có hiệu suất EMI tốt, tốt nhất nên đảm bảo mỗi lớp tín hiệu đều có lớp tham chiếu riêng.
Thời gian đăng: 26-06-2023
