Как вы принимаете решение иметь более двух слоев на печатной плате?

Я только начал писать диплом бакалавра. Я работаю младшим аппаратным дизайнером чуть меньше года. Все доски, которые я разработал до сих пор, имеют 2 слоя. Для моей диссертации я буду проектировать плату на основе нового вычислительного модуля Raspberry-Pi 4, поэтому я хотел бы знать, должен ли я основывать свой дизайн на 4-слойной плате.

1-й вопрос

Я вижу, что для радиочастотных, малошумящих, высокоскоростных и т. д. приложений используются платы с 4-6 слоями. Я еще не читал лекцию по этому предмету, и большую часть своих знаний о печатных платах я получил самостоятельно за пределами университета. Я был бы очень признателен, если бы кто-нибудь мог объяснить, почему и когда использовать более двух слоев по причинам, отличным от сложности платы. Если бы вы могли связать, может быть, книгу или лекцию по этому вопросу, было бы еще лучше.

2-й вопрос

Я смутно понимаю, что для высокоскоростных плат, таких как материнские платы компьютеров, используются многослойные платы. Ссылаясь на мой 1-й вопрос, почему? Должен ли я сделать свою доску многослойной? Если да, то как мне поступить с моей компоновкой и медными регионами? Существуют ли какие-либо таинственные правила, которые я должен учитывать, кроме соблюдения спецификаций микросхем, которые я использую?

Одна из причин заключается в том, что во многих приложениях вы хотите, чтобы один слой представлял собой твердую заземляющую пластину, чтобы ВЧ-токи могли возвращаться под трассу, откуда они пришли, что обеспечивает наименьшую возможную поверхность контура. На двухслойной плате остается только один слой, что может быть слишком ограничивающим для разводки сложных схем.
Помимо заземляющих плоскостей, современные процессорные платы могут иметь 6 или более шин питания, которые могут быть довольно большими, а для этого потребуются плоскости питания, управляющие количеством слоев. На одной 16-слойной плате, которую я сделал, было 4 слоя питания, 4 слоя земли и 8 слоев маршрутизации. Он также должен был распределять до 10 ампер по 3 шинам питания.
@PeterSmith Боже, 10А - это много. Я думаю, что я слишком неопытен для такого уровня сложности.
Что касается правил высокоскоростного проектирования, на этом сайте много сообщений от разных людей. Консультационный веб-сайт Signal (дом доктора Хоуи Джонсона) также является отличным ресурсом.

Ответы (1)

Это довольно широкая тема, поэтому я постараюсь дать общий ответ, вместо того, чтобы пытаться ответить на все подробно.

Во-первых, некоторые компоненты заставляют вас использовать более двух слоев. Вы просто не сможете экспортировать все сигналы с плотного BGA-чипа на два слоя. Просто не хватает места.

Кроме того, некоторые проблемы заставляют вас использовать более двух слоев для трасс. Не удается получить плотность трассировки на двух слоях; не может достаточно хорошо контролировать импеданс (или с достаточно тонкими дорожками) на двух слоях; невозможно быстро отвести тепло или обеспечить достаточный ток питания без выделенного слоя питания и заземления ... Самое главное, пути возврата заземления важны , и если вам нужно сломать заземляющий слой, потому что одиночный сигнальный слой просто не в состоянии поддерживать вашу схему (что легко случается, большинство схем не являются планарными графами...), то вы проиграли.

Затем, огромная область вещей, которые представляют собой компромиссы между сложностью, стоимостью, качеством сигнала, простотой разводки, производственными возможностями, ... начать, и вы могли бы (и найдете) полки библиотек, полные передовой методологии проектирования печатных плат, которая объясняет что вы можете (и не можете) делать на любом заданном количестве слоев. Я, например, не знаю вашей зарплаты, но не все платы выпускаются миллионами. Если вам нужно 10 досок одинакового дизайна, а компоновка занимает вдвое больше времени, если вам нужно делать это на двух слоях, а не на четырех слоях, что ж, может быть, просто дешевле и лучше делать это на четырех . , и перейти к следующему дизайну.

Обратите внимание, что вы говорите «используется от 4 до 6 слоев»; но на самом деле вы можете заказать (насколько я лично видел) 18-слойные платы (в комментариях указано даже гораздо большее количество слоев!), так что мир немного сложнее, чем вы думаете :)

Однажды я сделал 32-слойную объединительную плату с более чем 2300 пар 5Gb, среди прочего. Правда, это ограничивало количество поставщиков.
@PeterSmith, вы уверены, что не пытались построить интернет на доске? ;)
@PeterSmith Это была плата базовой станции толщиной 10 мм? Кто-то здесь, не помню кто, их сделал.
Когда мой работодатель Burroughs купил Sperry, и мы закрыли завод площадью 200 кв. футов недалеко от Бристоля, штат Теннесси, они производили 50 многослойных плат с переходными отверстиями, которые выглядели как бритва Remington. Ванны с жидким золочением были огромными, как мусорные баки с тележками, полными карт. Это сводится к компромиссу между временем, стоимостью и техническими характеристиками.
Маркус: это был коммутатор класса директоров (144 4x полнодуплексных порта) Infiniband.
@PeterSmith ах, да, это удивительно близко;) Но да, высокоплотные, высокоскоростные соединительные платы — это то, где я бы искал большое количество слоев. На самом деле довольно удивительно, что на чем-то построен такой комплекс!
хорошо знать :)
Кроме того, иногда можно использовать меньше слоев, когда не было ограничений по размеру платы. Часто у нас был фиксированный размер платы, и мы находили способ разместить на ней необходимые функции. Больше слоев обеспечивает более высокую плотность компонентов. 20-30 слоев являются обычными для спутниковых компьютеров.
Как вы принимаете решение иметь более двух слоев на печатной плате?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v