Лучшая стратегия стека слоев для 6-слойной печатной платы с в основном компонентами SMD

Я делаю дизайн на 6-слойной печатной плате, где обе стороны заполнены. 95% компонентов SMD. Конструкция не является «высокочастотной» с точки зрения скорости передачи сигналов .... самая быстрая вещь здесь - это MCU с внутренней тактовой частотой 80 МГц и цифровыми сигналами примерно до 48 МГц.

Я искал вокруг, чтобы придумать эффективную стратегию стека слоев. Первое, что появляется в Google, это эта статья , в которой утверждается, что лучше всего будет что-то вроде:

введите описание изображения здесь

Если я правильно понимаю ... весь смысл в том, чтобы иметь минимальное количество cutплоскостей на земле для наилучшего обратного пути. Таким образом, всегда нужно стараться вообще не направлять сигналы в наземную плоскость.

Теперь мой вопрос заключается в том, что, поскольку большинство моих компонентов являются SMD... тогда мне потребуется много переходных отверстий для подключения компонентов SMD к слоям заземления. Это создаст много целости на плате и не только нарушит внутренние заземляющие плоскости, но и может увеличить стоимость производства.

Насколько я понимаю, в той же статье говорится, что если верх/низ также имеют плоскости для земли, это ухудшит электромагнитные помехи из-за увеличения площади контура:

Некоторые говорят, что добавление дополнительных заземляющих плоскостей помогает защититься от невосприимчивости и помех. Правда в том, что это уменьшает ОБЛАСТЬ ПЕТЛИ!

Моя собственная стратегия состоит в том, чтобы следовать этому стеку слоев, но также заливать верхний и нижний слои с помощью GND, чтобы минимизировать количество переходных отверстий, и просто соединять верхнюю и нижнюю заливку пола со 2-м и 5 слоями. Если заливка сверху или снизу не может достичь некоторых компонентов, я буду использовать переходные отверстия для этих компонентов.

Итак, вопрос : добавление заливки GND на верхний и нижний слои в дополнение к двум внутренним слоям GND — это хорошая идея или нет? это создает большую площадь петли и ухудшает электромагнитные помехи? Я не могу разобраться в этой ситуации на самом деле.

Есть ли в этом смысл? пожалуйста, дайте мне знать, что вы будете делать в таком случае!

Тактовая частота сигнала не обязательно имеет значение; обычно преобладает граничная скорость. Вы можете найти это в моделях IBIS для деталей. Как написано, это очень широкий вопрос. Однако стек несбалансирован и рискует деформироваться.
@PeterSmith Не могли бы вы рассказать подробнее о риске деформации? от чего это зависит? Я никогда не думал об этом...
Как показано, в слое 4 будет намного больше меди, чем в слое 3, что делает стек асимметричным. При оплавлении слой 4 расширится больше, чем слой 3 (из-за того, что меди будет больше).

Ответы (3)

Всего несколько комментариев....

  1. Множество переходных отверстий в плоскости GND не проблема.
  2. Количество переходных отверстий, просверленных в плате, не оказывает большого влияния на стоимость производства. Если он найдет другой магазин досок.
  3. Вам нужно сделать ваш стек симметричным с точки зрения плотности меди (как уже упоминалось в комментариях), чтобы избежать деформации платы.
  4. Как правило, не рекомендуется пытаться избежать сквозных отверстий за счет использования заливки GND на поверхностных слоях. Заливки GND — это здорово, но их нужно пришить к плоскости GND, вероятно, больше, чем если бы у вас их не было. Имейте в виду, что на плате любой плотности с компонентами SMT поверхностная заливка GND в любом случае не будет доступна для многих соединений GND, и поэтому вам все равно понадобятся переходные отверстия во всех этих точках во внутреннюю плоскость GND.
  5. Если вы предоставляете много развязывающих конденсаторов плоскости PWR и GND, плоскость PWR может быть разумной опорной плоскостью для использования для импеданса переменного тока маршрутизации с контролируемым импедансом. Далее см., почему это может быть важно.
  6. Если вам нужны четыре сигнальных слоя с контролируемым импедансом для разводки плотной платы, используйте слои 1, 3, 4 и 6 для разводки и поместите PWR и GND на слои 2 и 5.
  7. Если импеданс трассировки сигнала не так важен в вашем проекте для большинства трасс, тогда делайте трассировку на слоях 1, 2, 5 и 6 с PWR и GND на слоях 3 и 4. Для нескольких трасс, где наиболее важен контролируемый импеданс, рассмотрите возможность их размещения. на внутренних сигнальных слоях 2 и 5, где они могут быть ближе к эталонным плоскостям PWR и GND.
  8. Заливка GND на любом слое, поверхности или ином, может быть очень полезна, если у вас есть чувствительные области схемы, которым необходимо иметь собственную область GND, которая затем соединяется с основной плоскостью GND через одну точку, часто через компонент ферритовой бусины.
Можете ли вы уточнить, почему выбор конструкции, описанный вами в пункте 7, может быть выгоднее выбора в пункте 6, в случае, когда импеданс не так важен?
Иногда приходится дорабатывать доски, вырезая следы. Если все дорожки находятся на самых внешних двух слоях, вам будет легче использовать маленькое сверло, чтобы войти в слой 2 или слой 5, чтобы разорвать внутреннее соединение. Мне это нужно было несколько раз, и это сэкономило время на вращение первой или второй доски и трату много дополнительных денег.

Вот 6-слойный стек, который я бы предпочел.

Уровень 1 — Сигнал/Мощность
Уровень 2 — Земля
Уровень 3 — Сигнал/Мощность
Уровень 4 — Земля/Сигнал
Уровень 5 — Земля
Уровень 6 — Сигнал/Мощность

Вот мое изображение стека слоев с толщиной диэлектрика между медными слоями. Моя общая толщина печатной платы составляет около 1,2 мм.

введите описание изображения здесь

Позвольте мне объяснить, почему я предпочитаю этот тип стека другим.

Прежде всего, когда вы разводите свою печатную плату, вы должны разводить каждый сигнал по отношению к земле так, как вы это на самом деле имеете в виду . Вы не можете направить их случайным образом и сказать: «Эй, он найдет свою землю». Нет, схема работает не так. Чтобы схема работала правильно, каждый сигнал должен иметь поблизости заземление с низким импедансом.

Теперь, если вы посмотрите на мой стек, вы заметите, что каждая сигнальная и силовая плоскости на моей печатной плате имеют опорную заземляющую плоскость рядом.

Я позабочусь о том, чтобы никогда не направлять сигнал на уровни 2 и 5. Другие уровни (L1, L3, L4 и L6) оставлены на мое усмотрение.

Идея о том, что заземляющий слой должен быть рядом с сигнальным слоем, не является обязательным требованием на 100 %. Потому что обратный путь сигналов проходит через переходные отверстия на землю. Следовательно, единственное отличие будет в немного более длинном переходе. Это верно, когда сигналы не являются высокоскоростными сигналами. Если требуется согласование импеданса, то плоскости питания также будут обратным путем для высокоскоростных сигнальных трактов, т. е. сигналов переменного тока... Вкратце, заземляющие плоскости, примыкающие к сигнальной плоскости, не являются обязательными...