Susunan terbaik dengan PCB empat lapis?


40

Saya merancang PCB 4 layer dan saya tahu bahwa standar stack-up

  1. Sinyal
  2. GND
  3. VCC
  4. Singals

(GND dan VCC dapat diaktifkan tergantung pada lapisan dengan lebih banyak sinyal)

Masalahnya adalah, saya tidak benar-benar ingin menghubungkan semua pin ground melalui vias, ada terlalu banyak dari mereka! mungkin karena saya tidak terbiasa dengan 4 layer PCB, saya sudah membaca tip oleh Henry W. Ott tentang stack-up yang berbeda

  1. GND
  2. Sinyal
  3. Sinyal
  4. GND

(Di mana daya dialihkan dengan jejak lebar pada bidang sinyal)

Menurutnya, ini adalah susunan terbaik dengan PCB empat lapis, karena alasan berikut:

1.Lapisan sinyal berdekatan dengan bidang tanah.

2.Lapisan sinyal digabungkan erat (dekat) dengan bidang yang berdekatan.

3. Pesawat ground dapat bertindak sebagai perisai untuk lapisan sinyal bagian dalam. (Saya pikir ini membutuhkan jahitan ??)

4.Beberapa pesawat ground menurunkan impedansi ground (bidang referensi) dari papan dan mengurangi radiasi mode umum. (tidak terlalu mengerti yang ini)

Satu masalah adalah cross-talk, tetapi saya benar-benar tidak memiliki sinyal di lapisan ketiga, jadi saya tidak berpikir bahwa pembicaraan kors akan menjadi masalah dengan stack-up ini, apakah saya benar dalam asumsi saya?

Catatan: Frekuensi tertinggi adalah 48MHz, ada modul wifi di papan juga.

Jawaban:


46

Anda akan membenci diri sendiri jika Anda menumpuk nomor dua;) Mungkin itu keras tetapi itu akan menjadi PITA yang mengerjakan ulang papan dengan semua sinyal internal. Jangan takut vias juga.

Mari kita bahas beberapa pertanyaan Anda:

1.Lapisan sinyal berdekatan dengan bidang tanah.

Berhentilah memikirkan pesawat terbang, dan pikirkan lebih banyak tentang pesawat referensi. Sebuah sinyal berjalan di atas bidang referensi, yang tegangannya berada di VCC masih akan kembali di atas bidang referensi itu. Jadi argumen bahwa entah bagaimana sinyalnya menjalankan GND dan bukan VCC lebih baik pada dasarnya tidak valid.

2.Lapisan sinyal digabungkan erat (dekat) dengan bidang yang berdekatan.

Lihat nomor satu, saya pikir kesalahpahaman tentang hanya pesawat GND yang menawarkan jalur pengembalian mengarah ke kesalahpahaman ini. Apa yang ingin Anda lakukan adalah menjaga sinyal Anda dekat dengan bidang referensi mereka, dan pada impedansi yang benar konstan ...

3. Pesawat ground dapat bertindak sebagai perisai untuk lapisan sinyal bagian dalam. (Saya pikir ini membutuhkan jahitan ??)

Ya Anda bisa mencoba membuat sangkar seperti ini, saya kira, untuk papan Anda, Anda akan mendapatkan hasil yang lebih baik dengan menjaga jejak Anda ke ketinggian serendah mungkin.

4.Beberapa pesawat ground menurunkan impedansi ground (bidang referensi) dari papan dan mengurangi radiasi mode umum. (tidak terlalu mengerti yang ini)

Saya pikir Anda telah mengambil ini berarti semakin banyak pesawat gnd saya memiliki yang lebih baik, yang tidak benar-benar terjadi. Ini kedengarannya seperti aturan praktis yang rusak bagi saya.

Rekomendasi saya untuk dewan Anda hanya berdasarkan apa yang Anda katakan kepada saya adalah melakukan hal berikut:

Lapisan Sinyal
(tipis mungkin 4-5mil FR4)
GND
(ketebalan FR-4 utama, mungkin 52 mil lebih atau kurang tergantung pada ketebalan akhir Anda)
VCC
(tipis mungkin 4-5mil FR4)
Lapisan Sinyal

Pastikan Anda decouple dengan benar.

Kemudian jika Anda benar-benar ingin masuk ke amazon ini dan membeli desain digital kecepatan tinggi Dr Johnson, buku pegangan ilmu hitam, atau mungkin Sinyal dan Kekuasaan Eric Bogatin Disederhanakan. Baca, cinta, jalani :) Situs web mereka juga memiliki informasi hebat.

Semoga berhasil!


1
Analisis hebat! ini persis apa yang saya cari, untuk memahami mengapa, saya tidak akan menggunakan tumpukan itu sekarang karena saya telah melihat cahaya :), terima kasih banyak atas informasinya, dan buku-bukunya juga.
mux

Saya pergi berlibur selama seminggu, dan tidak membawa buku apa pun selain buku Howard Johnson. Ini adalah cara yang baik untuk memaksa diri Anda membaca buku teknis yang besar.
Rocketmagnet

2
Adakah yang bisa menjelaskan poin pertama? Apa artinya dengan mengatakan sinyal yang berjalan melalui bidang referensi? Sejauh yang saya tahu, sinyal berjalan dari A ke B dan kemudian dari B ke A melalui ground.
richieqianle

2
NB "Opamps untuk Semua Orang" bab 17 memberi hampir sama nasihat yang sama seperti yang Anda lakukan, yang saya kutip di sini sebelum menemukan pertanyaan ini.
Fizz

Bisakah Anda merekomendasikan buku untuk desain PCB digital umum?
Tejas Kale

17

Tidak ada yang namanya lapisan terbaik. Jika Anda membaca dengan seksama, tumpukan dengan alasan pada lapisan luar dikatakan terbaik dari perspektif EMC.

Saya tidak suka konfigurasi itu. Pertama, jika papan Anda menggunakan komponen SMT, Anda akan memiliki lebih banyak istirahat di pesawat Anda. Kedua, setiap debugging atau pengerjaan ulang akan hampir mustahil.

Jika Anda perlu menggunakan konfigurasi seperti itu, Anda melakukan sesuatu yang sangat salah.

Juga, tidak ada yang salah dengan menggunakan vias untuk pentanahan. Jika Anda perlu menurunkan induktansi, cukup tempatkan lebih banyak vias.


ya, tidak ada cara terbaik mutlak untuk melakukan sesuatu, saya bertanya sehubungan dengan aplikasi spesifik saya, saya tidak harus menggunakan konfigurasi itu dan saya tidak akan setelah membaca jawaban, terima kasih :)
mux

9

"terbaik" tergantung pada aplikasi. Sebenarnya ada dua pertanyaan untuk diatasi dalam posting Anda

  1. "Konvensional" (sinyal pada lapisan luar, bidang pada lapisan dalam) VS "luar-dalam" (sinyal pada lapisan bagian dalam, bidang pada lapisan luar).
    Papan luar-dalam akan memiliki kinerja EMC yang lebih baik tetapi akan lebih sulit untuk memodifikasi ketika Anda menyadari bahwa Anda mengacaukan desain, akan membutuhkan lebih banyak vias yang tidak hebat dari sudut pandang kepadatan atau sinyal dan jika Anda menggunakan IC paket yang pin pitch terlalu kecil untuk diletakkan di antara bantalan maka Anda berakhir dengan lubang besar di pesawat Anda yang juga tidak bagus dari perspektif itegrity sinyal.

  2. dua bidang tanah VS satu bidang tanah dan satu bidang tenaga.
    Dalam kedua kasus ketika sinyal kecepatan tinggi mengubah bidang referensi, harus ada jalur terdekat agar arus baliknya bergerak antara dua bidang referensi. Dengan dua pesawat ground, Anda dapat melakukannya dengan satu pesawat melalui menghubungkan dua pesawat secara langsung. Dengan pesawat ground dan power, koneksi harus melalui kapasitor yang biasanya (dengan asumsi stackup "konvensional") membutuhkan dua vias dan kapasitor. Itu berarti integritas sinyal lebih buruk dan lebih banyak area papan diambil. Di sisi lain memiliki pesawat listrik mengurangi volt jatuh pada power rail Anda dan membebaskan ruang pada lapisan sinyal Anda.


1

Seperti yang dikatakan orang lain, itu tergantung pada aplikasi Anda. Tumpukan lain yang menurut saya bermanfaat adalah

  1. Sinyal (kecepatan rendah)
  2. Kekuasaan
  3. Sinyal (dikendalikan impedansi)
  4. GND

Ini membuat kedua kelompok sinyal terisolir dengan baik satu sama lain, memberikan pencocokan impedansi yang sangat baik dan memungkinkan saya untuk membuang panas ke bidang tanah.


Mengapa jawaban ini tidak dipilih? Satu-satunya alasan yang dapat saya pikirkan adalah bahwa jejak impedansi yang dikontrol berada pada lapisan dalam berarti mereka akan selalu membutuhkan vias dari bantalan SMD untuk lapisan yang mungkin bukan "ideal", tetapi selain itu sepertinya sempurna jawaban yang valid, terutama karena vias bahkan mungkin tidak menjadi masalah.
Chi
Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.