基板設計における基板層のレイアウトと説明

基板設計における基板層のレイアウトと説明

回路基板の階層配置は、システムの周波数とシステムの巨大な配線に大きく関係しています。 膨大なEMIと配線のため、10層配線が採用されています。 2 層から 8 層への配線における EMI ルールについて、以下で詳しく説明します。

6.1 二層基板の配置

1) 2 層回路基板は、主に低速回路で使用され、動作周波数は 10KHZ 以下、またはアナログ回路で使用されます。 そのスタック レベルは比較的小さく、コストは低いです。

2) 基板の 2 層の電源トレースは、電源から各エレメントへのラジアル プル ワイヤを使用して同じ層で配線され、すべてのトレースの長さを短縮します。

3) 2 層基板における電源と GND のグリッド分布 (TOP と BOTTOM に分布) は、電源ノイズが低インピーダンスの方向に進むため、電源の NOISE ソースから低インピーダンスの方向に進みます。 供給し、NOISE 源に戻してループを形成します。 すべての POWER と GND が並列に隣接しているにもかかわらず、格子状に配置することで高周波スイッチングによるノイズのループを最小限に抑えることができるため、他の回路や制御信号に影響を与えることはありません。

4) 2 層基板のもう 1 つの配線方法は、POWER 層と信号層を 1 つの層に配置し、GND 層をもう 1 つの層に配置することで、配線が密集していない場合に使用できます。

2 4層板の配置

一般的な階層配置: TOP と BOTTOM は信号層、レイヤー 2 は GND、レイヤー 3 は POWER です。 レイヤ 2 とレイヤ 3 の配分は、特定の状況に応じて決定する必要があります。 レイヤーに隣接するレイヤーは、より多くのルートがある場合、ストラタムとして定義されます。

4層基板は中低速回線(75M以下)でPOWER層に多くのノイズが入るため使用します。 そのため、基準面としてはGND層に劣ります。

高速信号が 4 層基板の最上層で 66MHZ を超えると、その高周波放射が周囲に放射されます。 GND は、放射を除去するためにメカニズムまたは最上層に配置する必要があります。

シェルが金属シェルの場合、高速信号ラインとクロック ラインはシェル プレーンに近い層に配置する必要があります。 クロックの幅の 1 ～ 2 倍のクロック ラインの周りにアース ワイヤの円を配置することをお勧めします。 クロックラインと同じ幅にすることができます。 ラインが長すぎる場合は、約 1000 ミルの間隔で接地穴を開けて、長すぎる接地線と接地の間の接続を強化し、良好なシールド効果を確保する必要があります。

画像理論：

電流のある導体が金属面に平行で隣接している場合、イメージ電流が導体電流の同じサイズとは反対方向に金属面に誘導され、導体電流によって引き起こされる放射場が相殺されます。 隣接する金属面に垂直な場合、イメージ電流はサイズと方向が等しくなります。 したがって、イメージ理論に従ってください。 高周波の信号がある場合。 配線は同層で完結させたほうがよい。

3 6層の配置

モード 1: 信号層 1 は最も安全な配線モードです。

レイヤー 1: 信号レイヤー 1。

レイヤー 2: ランド レイヤー。

レイヤー 3: 信号レイヤー 2。

レイヤ 4: 信号レイヤ 3。

レイヤー 5: 電源レイヤー。

レイヤー 6: 信号レイヤー 4。

POWER PLAN の磁界が信号層 2 および 3 を通って GND PLANE に移動するため、信号層 2、3、および 4 のノイズ マージンは貧弱です。 POWER は GND プレーンに隣接していないため、インピーダンスが増加します。 信号層 3 および 4 の FLUX CANCELLATION は不良であり、信号層 2 および 3 には CROSSSTALK の問題があります。

ノイズはインピーダンスが最も低いループを自動的に選択するため、周波数が高く放射が強い信号ラインやクロックラインは、できる限り GND 層に近づけてください。

電源層には 3V、5V、12V などの異なるパーティションがあるため、電源層は破損した金属プレーンであり、これが基準プレーンとして GND ほど良くない理由でもあります。 したがって、CLK、SIGNAL、CRYSTAL の配線は GND 層、つまり 1 層目の近くにする必要があります。

POWER のノイズは GND 層に接続され、その後 POWER 層に戻されるため、ノイズはレイヤー間で往復振動します 2. 共振は POWER と GND によって生成され、通常は 30 ～ 230MHZ の間で発生します。 この周波数の帯域幅は、POWER と GND を処理することによってのみ除去できます。 主な方法は、ノイズ源を除去して信号波形を改善することです。 高周波信号の近く (POWER と GND が接続されている) にコンデンサを追加して、コンデンサからのノイズをフィルタリングします。

方法 2:

レイヤー 1: 信号レイヤー 1。

レイヤー 2: 信号レイヤー 2。

レイヤー 3: ランド レイヤー。

レイヤー 4: 電源レイヤー。

レイヤ 5: 信号レイヤ 3。

レイヤー 6: 信号レイヤー 4。

信号層 2 は GND 層に隣接しています。これは、マッピング定理が良好な FLUX CANCELLATION を持っているためです。

POWER 層と GND 層は互いに隣接しており、POWER 層のインピーダンスを低減します。

信号層1、3、4のFLUX CANNCELLATIONが悪く、CROSSSTALKが気になる。

POWER プレーンに適切な基準プレーンがある場合は、モード 1 を選択する必要があります。これは、POWER GND が適切な基準プレーンであり、高速ライン用のレイヤーが多数あるためです。 POWER 層が壊れている場合は、モード 2 を選択する必要があります。 同時に、モード 2 は、信号層 1 と 4 に GND 銅布を使用することで改善できます。

モード 3: (最高のスタッキング モード)

レイヤー 1: 信号レイヤー 1。

レイヤー 2: ランド レイヤー。

レイヤー 3: 信号レイヤー 2。

レイヤー 4: 電源レイヤー。

レイヤ 5: 信号レイヤ 3。

レイヤー 6: 信号レイヤー 4。

信号層 1 と 2 は GND 層に隣接しており、良好なフラックス キャンセレーションを備えています。

信号層での電源ノイズの影響を回避するには、電源層と信号層 2 の間の媒体距離を長くして、層間の干渉を減らす必要があります。

まとめ: 高速信号の場合、上層と下層だけに穴を開け、中間層には 1 つの層だけを開けたほうがよいでしょう。 既存のレイヤーは次のように配布されます。

レイヤー 1: 信号レイヤー 1。

レイヤー 2: ランド レイヤー。

レイヤー 3: 電源レイヤー。

レイヤ 4: 信号レイヤ 2。

レイヤー 5: ランド レイヤー。

レイヤー 6: 信号レイヤー 3。

注: 信号層と POWER 層は GND 層よりも 20H 以上小さくする必要があります (H は POWER GND 層間の距離)。これにより、パネル エッジ放射を 70% 削減できます。 現在の製品では、信号層と電源層を GND 層より 3mm 以上小さくすることをお勧めします。

4 8層のベストアレンジ

レイヤー 1: 信号レイヤー 1。

レイヤー 2: ランド レイヤー。

レイヤー 3: 信号レイヤー 2。

レイヤ 4: ランド レイヤ。

レイヤー 5: 電源レイヤー。

レイヤー 6: 信号レイヤー 3。

レイヤー 7: ランド レイヤー。

レイヤ 8: 信号レイヤ 4。

G2P7 と G3P6 の 2 つのモードがあります。

欠点: POWER インピーダンスの増加に伴い、高速で分配できる信号層が多くなり、隣接する信号層の間でクロストークが発生します。

5 配線前の基板層数の決定

配線層数は、設計の初期段階で決定する必要があります。 設計で高密度ボール グリッド アレイ (BGA) コンポーネントを使用する必要がある場合、これらのデバイスの配線に必要な配線層の最小数を考慮する必要があります。 配線の層数や積層方法は、プリント配線の配線やインピーダンスに直結します。 ボードのサイズは、スタッキング モードとプリント ラインの幅を決定して、目的のデザイン効果を実現するのに役立ちます。

長年にわたり、人々は回路基板の数が少ないほどコストが低いと常に信じてきました。 ただし、回路基板の製造コストに影響を与える要因は他にもたくさんあります。 近年、多層基板間のコスト差は大幅に縮小されています。 設計の最初に、より多くの回路層を使用し、銅コーティングを均等に分散させることをお勧めします。これにより、少数の信号が、設計の最終段階で定義されたルールとスペース要件を満たさなくなることを回避できます。 新しいレイヤーが強制的に追加されるようにします。 設計前に綿密な計画を立てることで、配線のトラブルを大幅に減らすことができます。 回路基板処理およびPCBA処理メーカーは、回路基板設計の回路基板層の配置について説明します。