針對于這個問題首先要了解PCB板材的相關知識,因為選用何種PP和Core都是針對于特定廠家特定型號的FR4來說的。
比如聯茂的IT180A
比如松下的M6
再比如生益的S0401
...
所以,不同廠家不同型號的FR4,它的pp和core的參數都是不一樣的。同樣的板厚和阻抗要求,用不同的板材,所疊出來的層疊結構是不一樣的。
對于常規的阻抗信號來說,常規的FR4板材都能滿足信號的基本要求,只要板廠最終給出來的層疊結構滿足阻抗和板厚的要求即可。所以我們通常發給板廠做板,只需要告知他們哪些信號需要做阻抗,至于用什么板材我們從來都不關心。所以很多設計師關于板材和層疊結構方面的知識都是比較薄弱。
現在有很多工程師習慣依賴板廠去做阻抗,這樣做可能在某些設計場合沒有太大的問題,但是這樣做的缺點是放棄了層疊設計。因為板廠只是板廠,他們只會幫著控制阻抗,但是層疊是設計工程師自己的事情,需要重視。有的工程師會反對說,我的設計文件本來就有層疊信息哈,板廠不可能把我的層疊順序搞反的。如下圖,這是一個12層板的層疊,確實板廠會按照這個順序來進行層疊,不會搞錯。但是圖中所示的層疊方案,其實有很多需要注意的細節,比如:ART03和ART04需要拉大距離,ART09和ART010也需要拉大距離,中間連續4個平面層,也要拉大兩個Power層之間的距離,減小Ground到Power的距離,等等。
這些細節板廠不可能完全控制好,因為他們自己也不懂,他們更多的只會去控制你的阻抗而忽略你的層疊。所以,層疊設計是PCB工程師自己的事情,需要重視!能自己做層疊的PCB工程師才是一名合格的PCB工程師。
層疊知識所涉及的東西比較多,它是你PCB設計的整體架構,這個架構要滿足信號完整性,電源完整性,DFM..設計相關的所有因素。這是一個比較系統的知識。
1.PCB層疊方案需要考慮的因素
(1)布線通道:根據整板的布線密度,關鍵器件的布線通道,主要信號頻率,速率、特殊布線要求的信號種類、數量、確定需要的布線層數;
(2)電源、地層的選擇;根據電源、地的種類、分布,確認電源地的層數;
(3)板厚限制;
(4)層疊方案利于加工生成(對稱設計);
(5)電源地層數,加上布線層數,構成PCB總的層數;
在考慮PCB層數的時候,需要綜合PCB的性能指標要求與成本承受能力:
①在消費類產品方面,由于批量生產數量巨大,研發階段即使適當冒些技術風險也要用盡量少的層數來完成PCB設計,降低批量生產的成本;
②而在服務器,核心網絡設備方面,PCB的成本相對可以忽略不計,產品的性能指標需要優先考慮,在PCB層設計方面會適當的增加層數,以減少信號之間的串擾確保參考平面的完整以及電源、地平面相鄰,降低平面阻抗。
2.層疊設置的常見問題
(1)參考平面的選擇
由于PCB走線和參考平面的互感/耦合電容的存在,高速信號在傳輸的過程中,會在與之相鄰的平面產生相反的電流,我們稱為回流,對應的平面,電源平面/地平面均能作為高速信號的參考平面。
從實際門電路的工作原理來看,常規電平信號均是以從驅動端到負載端,再以地平面作為回流通道流回到驅動端,構成一個回路,所以常規習慣選擇地平面作為回流通道。
雖然理論上與高速信號相鄰的任意導體或是平面均能作為回流通道,單信號從驅動端流到負載端,再流回驅動端,地平面是最理想的參考平面。
實際PCB設計中,地信號在PCB板上的分布比單一電源網絡分布明顯廣而多,地過孔在板內分布廣,高速信號布線換層時往往附近有地空過相伴而無須額外增加回流地孔,回流通道會沿著就近的地過孔回到另外一個平面或回流通道上,加上各電源也是以地平面作為參考平面,以低平面作為主參考平面較易在PCB設計中實現。
(2)主電源平面和地平面相鄰
從PI角度,主電源平面和地平面相鄰,對應電源平面的阻抗低,且電源平面與低平面的距離越近,平面阻抗越小。
從物理學角度,單位面積的電源平面和地平面構成的溶質和兩者的距離成反比,距離越小,容值越大,儲能越多。
電源平面和地平面構成的平面電容對高速信號門電路快速翻轉的能力供給提供了保障。
(3)電源供給通道
高速信號的門電路翻轉時,由于速率高,翻轉時間短,PCB板上的接口電源乃至去耦電容由于對應的頻段較低,難于及時給予響應,此時門電路翻轉的能量供給首先來自于就近的電源平面和地平面構成的平面電容。進而形成單板電源—儲能電容—去耦電容—平面電容—門電路的能力供給通道,也就是就近的去耦電容給平面供電,儲能電容給去耦電容供電,單板電源給各儲能電容供電,構成門電路翻轉時的電源供給通道。
上面的一大堆文字雖然看起來好像很有道理的樣子,但是好像并沒有什么卵用,紙上談兵誰都會,關鍵是怎么把他變成實際的東西,我想知道的是怎么結合上面的理論知識和特定的板材型號來讓自己疊出一個可以使用的層疊,就像下面。
可以,沒問題,我們寫這篇文章就是這個目的,前期基本的一些理論的牛B還是要稍微吹一下的,下面就可以進入到這個環節了。但是,由于篇幅關系,所以,預知后事如何,請聽下會分解...咱們下期接著講。
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原文標題:學員說1OZ銅厚,1mm板厚的六層板,他該怎么選擇pp和core
文章出處:【微信號:PCBTech,微信公眾號:EDA設計智匯館】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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