4 lapisan tumpukan PCB - (sinyal, sinyal, daya, pentanahan)

Saya telah mengembangkan papan untuk proyek dan perusahaan yang akan mengumpulkannya dalam modul pluggable baru saja meminta saya modifikasi aneh.

Saat ini adalah papan 4 lapisan : sinyal atas, ground, daya, sinyal bawah. Cukup standar.

Mereka ingin saya menukar pesawat ground dengan lapisan sinyal bawah . Dengan cara ini mereka dapat dengan mudah menghubungi kasing mekanik (yang memiliki heatsink besar) ke bidang tanah dengan lapisan grafit tipis. Mereka bertujuan untuk meningkatkan pembuangan panas dari beberapa komponen penting, yang sudah dikontak ke bidang tanah melalui bantalan komponen yang terbuka.

Saya mencoba mencari tahu apakah ini ide yang buruk atau tidak. Berikut ini pertimbangan saya:

Sinyal yang diarahkan di papan tidak HF, 10MHz paling banyak, dan tidak ada jam gelombang persegi di papan.
Tepi tercepat dari beberapa sinyal memiliki waktu penyelesaian beberapa um dan datang melalui konektor dari papan yang berbeda, sehingga mereka mungkin sudah disaring oleh kapasitansi parasit konektor.
Memiliki lapisan referensi sejauh ini dari lapisan sinyal tampaknya merupakan ide yang buruk untuk jalur pengembalian. Tumpukan yang lebih baik adalah: (sinyal atas, daya, sinyal, arde).
Di sisi lain, meningkatkan jarak dari bidang referensi dari komponen-komponen penting tersebut (beberapa TIA dengan noise sangat rendah) mengurangi kapasitansi input parasit (saat ini sekitar 0,5 pF), sehingga mengurangi kebisingan output dari konfigurasi TIA.

Apa yang kamu pikirkan?

Beberapa jawaban atas komentar Anda:

Apakah mungkin untuk menambahkan tuang poligon di lapisan bawah?

Mungkin saja, tetapi ada banyak sinyal di area yang tidak dapat dialihkan. Karena grafit konduktif, saya hanya akan bergantung pada soldermask untuk menghindari korsleting, isolasi pada vias bisa menjadi masalah (saya tidak bisa menggunakan vias bertenda).

Apakah lapisan sinyal dibanjiri tanah?

Saat ini tidak. Terutama untuk mengurangi kapasitansi input ke ground dari TIA, tetapi ada beberapa area yang pasti bisa saya isi.

Bisakah komponen panas dipindahkan ke bagian bawah PCB?

Tidak, mereka harus berada di lapisan atas karena kendala perakitan dan perutean lainnya.

Apakah mereka benar-benar peduli di mana lapisan daya berada, atau mereka hanya ingin tanah di bagian bawah?

Mereka hanya meminta tanah berada di bawah. Itu sebabnya saya mempertimbangkan tumpukan alternatif (sinyal atas, daya, sinyal, ground).

Grafit konduktif secara elektrik. Jika vias Anda tidak sepenuhnya diisi / diisi, Anda akan berada di dunia yang penuh masalah.

Saya juga sangat khawatir tentang itu. Selain itu, jika saya tidak sepenuhnya membersihkan area dari jejak sinyal, saya hanya mengandalkan isolasi yang diberikan oleh soldermask, yang dapat dengan mudah tergores.

— FlyerDragon
sumber

Saya percaya perubahan bisa dilakukan agar berhasil. Jika desain papan selesai dan perubahan ini diminta, itu berarti beberapa desain ulang yang berdampak pada jadwal dan biaya pengembangan Anda. Saya bertanya-tanya apakah alih-alih mengganti stack-up, apakah mungkin untuk menambahkan poligon ground pada lapisan bawah yang diposisikan untuk menghubungi heatsink? Itu mungkin perubahan yang kurang dramatis, meskipun tanpa melihat desain Anda, sulit untuk mengatakannya.

— Smith

Ini kemungkinan akan membuat tumpukan asimetris; yang mungkin akan menyebabkan busur dan putaran yang berlebihan dalam proses reflow (dengan asumsi itu adalah papan yang direfleksikan).

— Peter Smith

Apakah lapisan sinyal dibanjiri tanah? Jika Anda memiliki pesawat sinyal-sinyal-pesawat maka papan akan tidak seimbang dan bisa melengkung selama proses pembuatan PCB karena karakteristik ekspansi termal yang berbeda.

— Andrew

Bisakah komponen panas dipindahkan ke bagian bawah PCB? Dengan begitu mereka semakin dekat ke heatsink dan ada sedikit resistensi termal.

— CHendrix

@mkeith: tidak perlu jika Anda menyeimbangkan tembaga pada lapisan sinyal dengan mengisi dengan area kosong GND Anda dapat melakukan sesuatu yang dapat diterima. Tetapi jika Anda memiliki banyak jejak sinyal, pengisian tembaga akan sulit. Jadi itu tergantung dari desainnya. Itu harus dibicarakan dengan fab house.

— zeqL

Jawaban:

Konfigurasi PCB yang berbeda tidak masalah jika:

1) Mengubah kapasitansi dari tanah ke bidang yang diberikan tidak masalah. (dan juga efek saluran transmisi). Ini 'berguna' untuk memiliki bidang tanah di tengah karena Anda memberikan sebagian besar pesawat kapasitansi parasit kecil ke lapisan tanah. Dengan mengirimkan bidang tanah ke lapisan bawah, kapasitansi ke bidang tanah ditingkatkan dari lapisan sinyal yang ada di atas. Induktansi dari jejak PCB ditingkatkan semakin jauh dari tanah yang terutama mempengaruhi sirkuit kecepatan tinggi.

Gambar dari Rekayasa Kompatibilitas Elektromagnetik oleh Henry W Ott

2) Arus balik dipertahankan, ingat bidang tanah membawa arus balik. Jika pesawat ditukar, jangan menaruh slot di bidang tanah jika dipindahkan ke lapisan atas. Itu akan mengubah kinerja bidang tanah dan bisa memberi Anda lebih banyak masalah EMI dan masalah mode umum dari arus balik yang harus dijalankan "di sekitar" slot di bidang tanah.

Tidak terdengar seperti ini akan menjadi hal yang sulit untuk dilakukan dalam kasus Anda jika Anda tidak memiliki persyaratan kecepatan tinggi atau sirkuit analog sensitif lainnya yang memiliki persyaratan kebisingan. Jika Anda memiliki sirkuit sensitif, mungkin diperlukan tata letak yang lebih kreatif.

Berikut ini adalah bacaan yang baik pada stackup biasa

Sadarilah bahwa ada opsi lain untuk manajemen termal, seperti beralih ke tembaga atau heatsink yang lebih tinggi. Pesawat daya juga dapat digunakan untuk manajemen termal dalam beberapa kasus ATAU jika Anda memiliki ruang pada beberapa lapisan, gunakan sebanyak mungkin lapisan. Saya telah menggunakan banyak layer di masa lalu tetapi saya tidak memiliki persyaratan solder yang ketat.

— Lonjakan tegangan
sumber

C = \frac{ϵ_{0} ϵ_{r} A}{d}

$C = \frac{\epsilon_0\epsilon_rA}{d}$

ϵ_{0} = 8.854 e^{- 12}

$\epsilon_0=8.854e^{-12}$

ϵ_{r} = 4.4

$\epsilon_r=4.4$

A = 144 e - 6

$A= 144e-6$

Doh, sudahlah, ada kekuatan saya yang salah, nF yang salah dikonversi sebagai pF. Kesulitan melakukan matematika di malam hari!

— Tom Carpenter

Jangan khawatir, cm ^ 2 selalu membuat saya, saya biasanya mengubahnya menjadi m ^ 2 sekarang

— Voltage Spike

Itu bukan ide yang baik untuk menjaga dua lapisan sinyal berturut-turut. Karena, itu menciptakan cross talk / interferensi di jalur sinyal.

Dalam kasus terburuk jika Anda ingin meletakkan lapisan sinyal berturut-turut, Anda harus meletakkan garis sinyal saling tegak lurus di lapisan tersebut.

— Kumar Satyam
sumber