طراحی پشته PCB با سرعت بالا

با ظهور عصر اطلاعات، استفاده از بردهای pcb روز به روز گسترده تر می شود و توسعه بردهای pcb پیچیده تر می شود.از آنجایی که قطعات الکترونیکی بیشتر و بیشتر بر روی PCB چیده می شوند، تداخل الکتریکی به یک مشکل اجتناب ناپذیر تبدیل شده است.در طراحی و کاربرد بردهای چند لایه، لایه سیگنال و لایه قدرت باید از هم جدا شوند، بنابراین طراحی و چیدمان پشته اهمیت ویژه ای دارد.یک طرح طراحی خوب می تواند تاثیر EMI و crosstalk را در بردهای چند لایه تا حد زیادی کاهش دهد.

در مقایسه با تخته های تک لایه معمولی، طراحی تخته های چند لایه لایه های سیگنال، لایه های سیم کشی را اضافه می کند و لایه های قدرت مستقل و لایه های زمین را مرتب می کند.مزایای بردهای چند لایه عمدتاً در ارائه یک ولتاژ پایدار برای تبدیل سیگنال دیجیتال و افزودن یکنواخت برق به هر جزء به طور همزمان منعکس می شود که به طور موثر تداخل بین سیگنال ها را کاهش می دهد.

منبع تغذیه در سطح وسیعی از مس و لایه زمین استفاده می شود که می تواند مقاومت لایه قدرت و لایه زمین را تا حد زیادی کاهش دهد، به طوری که ولتاژ روی لایه قدرت و ویژگی های هر خط سیگنال پایدار باشد. را می توان تضمین کرد، که برای کاهش امپدانس و تداخل بسیار مفید است.در طراحی بردهای مدارهای پیشرفته، به وضوح تصریح شده است که بیش از 60 درصد از طرح های انباشتگی باید استفاده شود.تخته های چند لایه، ویژگی های الکتریکی و سرکوب تشعشعات الکترومغناطیسی همگی مزایای بی نظیری نسبت به تخته های لایه پایین دارند.از نظر هزینه، به طور کلی، هر چه تعداد لایه ها بیشتر باشد، قیمت آن گران تر است، زیرا هزینه برد PCB به تعداد لایه ها و تراکم در واحد سطح بستگی دارد.پس از کاهش تعداد لایه ها، فضای سیم کشی کاهش می یابد و در نتیجه تراکم سیم کشی افزایش می یابد.و حتی با کاهش عرض و فاصله خط، الزامات طراحی را برآورده کنید.اینها ممکن است هزینه ها را به طور مناسب افزایش دهند.امکان کاهش انباشته شدن و کاهش هزینه وجود دارد، اما عملکرد الکتریکی را بدتر می کند.این نوع طراحی معمولاً نتیجه معکوس دارد.

با نگاهی به سیم‌کشی microstrip PCB در مدل، لایه زمین را نیز می‌توان بخشی از خط انتقال در نظر گرفت.لایه مس زمین را می توان به عنوان مسیر حلقه خط سیگنال استفاده کرد.صفحه قدرت از طریق یک خازن جداکننده در مورد AC به صفحه زمین متصل می شود.هر دو معادل هستند.تفاوت بین حلقه های جریان فرکانس پایین و فرکانس بالا در این است.در فرکانس های پایین، جریان برگشتی مسیر کمترین مقاومت را دنبال می کند.در فرکانس های بالا، جریان برگشتی در امتداد مسیر کمترین اندوکتانس است.جریان برمی گردد، متمرکز شده و مستقیماً در زیر نشانه های سیگنال توزیع می شود.

در مورد فرکانس بالا، اگر یک سیم مستقیماً روی لایه زمین گذاشته شود، حتی اگر حلقه های بیشتری وجود داشته باشد، جریان برگشتی از لایه سیم کشی در زیر مسیر مبدا به منبع سیگنال باز می گردد.زیرا این مسیر کمترین امپدانس را دارد.این نوع استفاده از کوپلینگ خازنی بزرگ برای سرکوب میدان الکتریکی و حداقل کوپلینگ خازنی برای سرکوب نیروگاه مغناطیسی برای حفظ راکتانس پایین، آن را خود محافظ می نامیم.

از فرمول می توان دریافت که وقتی جریان به عقب برمی گردد، فاصله از خط سیگنال با چگالی جریان نسبت معکوس دارد.این امر ناحیه حلقه و اندوکتانس را به حداقل می رساند.در عین حال، می توان نتیجه گرفت که اگر فاصله بین خط سیگنال و حلقه نزدیک باشد، جریان های این دو از نظر بزرگی مشابه و در جهت مخالف هستند.و میدان مغناطیسی تولید شده توسط فضای خارجی را می توان جبران کرد، بنابراین EMI خارجی نیز بسیار کوچک است.در طراحی پشته، بهتر است هر رد سیگنال مربوط به یک لایه زمین بسیار نزدیک باشد.

در مشکل تداخل در لایه زمین، تداخل ناشی از مدارهای فرکانس بالا عمدتاً به دلیل کوپلینگ القایی است.از فرمول حلقه جریان بالا، می توان نتیجه گرفت که جریان های حلقه تولید شده توسط دو خط سیگنال نزدیک به هم همپوشانی دارند.بنابراین تداخل مغناطیسی وجود خواهد داشت.

K در فرمول مربوط به زمان افزایش سیگنال و طول خط سیگنال تداخل است.در تنظیمات پشته، کوتاه کردن فاصله بین لایه سیگنال و لایه زمین به طور موثر تداخل لایه زمین را کاهش می دهد.هنگام گذاشتن مس روی لایه منبع تغذیه و لایه زمین روی سیم‌کشی PCB، در صورت عدم توجه، یک دیوار جداکننده در قسمت تخمگذار مس ظاهر می‌شود.بروز این نوع مشکل به احتمال زیاد به دلیل تراکم بالای سوراخ‌های ورودی و یا طراحی غیر منطقی ناحیه جداسازی است.این باعث کاهش زمان افزایش و افزایش منطقه حلقه می شود.اندوکتانس افزایش می یابد و تداخل و EMI ایجاد می کند.

ما باید تمام تلاش خود را بکنیم تا سرهای مغازه را به صورت جفتی راه اندازی کنیم.این با توجه به الزامات ساختار تعادل در فرآیند است، زیرا ساختار نامتعادل ممکن است باعث تغییر شکل برد PCB شود.برای هر لایه سیگنال، بهتر است یک شهر معمولی به عنوان یک فاصله داشته باشیم.فاصله بین منبع تغذیه پیشرفته و شهر مس برای پایداری و کاهش EMI مفید است.در طراحی تابلوهای پرسرعت، هواپیماهای زمینی اضافی را می توان به صفحات سیگنال ایزوله اضافه کرد.