Wie man Leiterplattenschichten bestimmt und einen eleganten Schichtenstapel entwickelt, der die Signalintegrität maximiert

Die intelligente Platzierung von PCB-Schichten macht HF-Energie zunichte und führt dazu, dass PCAs beim ersten Durchlauf die EMV bestehen.

ALTIUM DESIGNER

Professionelles PCB-Design-Tool mit kompetenter Schichtstapel-Verwaltung.

Verwenden Sie innere Schichten mit benachbarten Masseebenen für Takte

Ein bewährtes Verfahren zur Bestimmung der PCB-Schicht-Stackup priorisiert die Signalintegrität. Die Signalintegrität tritt auf, wenn die HF-Stromerzeugung durch sorgfältige Organisation der Schichten vermieden wird. HF-Ströme werden durch unerwünschte Impedanzen erzeugt, die in das Material eingebaut sind, wodurch die Möglichkeit besteht, Gleichtaktströme zu erzeugen. Gleichtaktströme sind die Hauptquelle für HF-Energie. HF-Energie gelangt in das Stromverteilungsnetz oder emittiert als Rauschen in den freien Raum. Rauschen zeigt sich als Reflexionen, Klingeln oder Übersprechen.

Der PCB-Schichtstapel kann so ausgelegt sein, dass er Merkmale enthält, die zur Aufrechterhaltung der Signalintegrität nützlich sind. Die maximale kapazitive Entkopplung im Stromverteilungsnetz wird erreicht, indem Energieebenen direkt neben den Masseebenen im Schichtaufbau platziert werden (siehe Abbildung oben). Signalebenen sollten immer eine in der Schichtstapelung benachbarte Masseebene haben. Die Aufnahme einer Masseebene neben jeder Signalebene erhöht die Flusslöschung und entfernt Rauschen. Das Minimieren des Abstands zwischen den leitenden Schichten erhöht die Flusslöschung.

Absichtliches Routing setzt bewährte Verfahren des Stackup-Designs für die Signalintegrität fort. Hochgeschwindigkeits-Leiterbahnen werden am besten mit Streifenleiterleitungen geführt, um den maximalen Vorteil sowohl der Abschirmung als auch der Flusslöschung auf den inneren Schichten mit benachbarten Masseebenenzu nutzen. Weniger empfindliche Spuren mit geringem Risiko für die Kopplung durch Luft sind die am besten geführten Mikrostreifen auf den äußeren Schichten der Leiterplatte. Weitere Routing-Techniken beinhalten ein Seitenverhältnis für Baugruppenträger-Verbindungen mit Grundstichen zwischen jedem. Die Massefüllung zwischen den Spuren auf den äußeren Schichten mit vielen Grundstichen stellt Rückwege bereit und mildert die Erzeugung von Schleifenströmen.

Erstellen Sie Schichten zur Minimierung unerwünschter HF-Energie-Entwicklung

Die Hauptursache für Rauschen in einer Leiterplatte ist die Entwicklung von HF-Energie über unerwünschte Impedanzen hinweg. HF-Ströme entstehen, wenn unerwünschte Impedanzen innerhalb der Leiterplatte während des Entwurfs auftreten. Die Impedanz baut sich als Induktivität auf Wicklungen von Induktoren und auf Leitungen von diskreten Elementen wie Widerständen auf. Schleifen bieten die Möglichkeit, Ströme zu schalten, um HF-Energie in die Luft zu erzeugen.

Ob es sich um eine Platine, Multilayer-PCB oder ein Design handelt, bei dem Ihre Hauptprobleme die Spuren, Löcher und Pads sind: die Impedanz kann ein Problem sein. ICs und Schnittstellen mit anderen Materialien verursachen Fehlanpassungen, die eine unerwünschte Impedanz aufbauen, die ebenfalls zur Erzeugung von HF-Strömen führt. Wenn eine unerwünschte Impedanz auf Netzen aufbaut, die größer sind als das von Luft, nimmt HF-Energie den Weg des geringsten Widerstands und emittiert in den freien Raum.

Feinabstimmung der Signaleigenschaften pro Schicht während des Routings

Integrieren Sie Schichten, die Diskontinuitäten und Schleifen vermeiden

Verringern Sie die HF-Energie mit einem Grundriss, der unerwünschte Impedanzen verhindert. Entwerfen Sie Schichten, um den Aufbau der Impedanz zu vermeiden und die HF-Energie auf den Baugruppenträger umzuleiten. Führen Sie Signale aus, um sicherzustellen, dass sich der Rückweg direkt unter der Signalspur befindet. Vermeiden Sie Schleifen, die Impedanz erzeugen, wenn auf einer Leiterplatte schnell schaltende Signale vorhanden sind. Bewerten Sie die Ebenen, wenn Vias platziert werden, um sicherzustellen, dass keine Diskontinuitäten vorhanden sind. Diskontinuitäten erzeugen Schlitze in Schichtebenen und können Rückwege in Schleifen zwingen, die Rauschen abgeben. Platzieren Sie Entkopplungskondensatoren auf den Stromschienen der einzelnen Komponenten, um Schaltsignale auf Masse zu legen. Platzieren Sie Bypass-Kondensatoren für Schaltsignale an den Anschlüssen, die in das Design eintreten und dieses verlassen.

• Nehmen Sie einen tieferen Einstieg in HF-Energie, um sie in Ihrem Layer-Stack-Design zu verwenden.

  Behalten Sie beim Design die HF-Impedanz im Hinterkopf, so dass Ihre Designs nicht alt aussehen

• Verstehen Sie, wie der Schichtstapel maximiert werden kann, um Masseschleifen zu verhindern

  Planen Sie das Vermeiden von Masseschleifen in Ihrem PCB-Design

• Kombinieren Sie alles zusammen in einem Grundriss, um unerwünschte Impedanz oder Schleifen zu verhindern

  Implementieren Sie PCB-Grundrisszeichnungen: Der erste Schritt zur PCB-Design-Integrität

Verwenden Sie Schichten für die kapazitive Entkopplung und Flusslöschung

Ordnen Sie Strom- und Masseschichten nebeneinander an, um eine saubere Stromverteilung in den PCB-Schichten zu erreichen. Eine saubere Stromverteilung resultiert aus einer kapazitiven Entkopplung mit niedriger Impedanz, wenn Strom- und Masseschichten im Stapel aneinandergrenzen. Setzen Sie die Integrität des Stromverteilungsnetzwerks in allen Schichten fort, indem Sie an jeder einzelnen Bauteil-Stromversorgungsleitung Entkopplungskondensatoren hinzufügen, die mit den PCB-Schichten verbunden sind.

Dadurch wird Energie bereitgestellt, wenn große digitale Netzwerke gleichzeitig umschalten. Fahren Sie mit der Energieverteilungsintegrität in allen Schichten fort, indem Sie an den Signalpins Entkopplungskondensatoren hinzufügen, die während des Taktens Übergänge durchlaufen. Entkopplungs- und Überbrückungskondensatoren liefern ausreichend Energie, um die beabsichtigten Signale während des Betriebs aufrechtzuerhalten, wodurch ein Abprallen der Masse und eine unbeabsichtigte Injektion von HF-Energie in die Schichten verhindert wird.

Stellen Sie die kritischen Impedanzen für Hochgeschwindigkeitssignale ein

Entwerfen Sie einen Stapel, um unerwünschte Impedanzen und Schleifen zu vermeiden

Legen Sie Signalebenen neben den Masseebenen ab, um Schleifen zu vermeiden, die HF-Energie erzeugen. Schleifen können sich nicht entwickeln, wenn sich Rücklaufebenen direkt neben Signalebenen befinden. Die Platzierung der Vias ist entscheidend, um Schlitze im Schichtstapel zu vermeiden, in denen Signale möglicherweise um Schlitze herumlaufen müssen, wodurch Schleifen erzeugt werden. Außerdem entwickeln Hochgeschwindigkeitssignale einen Fluss sowohl im Signalnetz als auch im Rücklaufnetz.

Dieser Fluss ist gleich und entgegengesetzt: signalisieren und zurückkehren. Die maximale Aufhebung tritt auf, wenn das Hochgeschwindigkeitssignal und der Rücklauf direkt nebeneinanderliegen. Die Aufhebung des Flusses, der durch Hochgeschwindigkeitssignale erzeugt wird, muss ausgeführt werden, um die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) aufrechtzuerhalten. Durch die Gestaltung des Schichtstapels, um sicherzustellen, dass die Rückschicht neben jeder Signalschicht liegt, wird die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) eingehalten. Die EMV zeigt an, dass der Schichtstapel so entwickelt wurde, dass die Flussmittelerzeugung ordnungsgemäß gemindert wird.

• Maximieren Sie die kapazitive Entkopplung mit einer niedrigen effektiven Impedanz in Ihrem Stromverteilungsnetz

  Verwenden Sie die Schicht-Platzierung für Power Integrity im PCB Power Distribution Network

• Analysieren Sie die Übertragungsleitungen in Ihren Schichten und führen Sie die Impedanzsteuerung durch

  Verwenden Sie Übertragungsleitungsrechner in PCB-Design-Netzen und -Schichten

• Alles in einem Design, das elektromagnetische Interferenzen (EMI) verhindert.

  Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) in Leiterplatten: Schwelgen Sie weiter

Verwenden Sie den Layer Stack Manager von Altium, um die Signalintegrität zu optimieren

Der Layer Stack Manager bietet ein elegantes Tool zum Definieren von Schichten und zum Festlegen von Schichteigenschaften. Er ist ein visuelles Tool, das als Tabelle mit direktem Zugriff zum Bearbeiten eingerichtet ist. Hier werden Spalten zur Materialdefinition von Kupfer, Prepreg und Kern sowie Oberflächenmaterialien angegeben. Hier werden neben der Definition des dielektrischen Materials auch die Anforderungen an das Design mit hohen Geschwindigkeiten unter Berücksichtigung der geplanten Dicken umgesetzt.

Das für die meisten Leiterplatten verwendete dielektrische Material ist heute FR4, und der Layer Stack Manager fügt automatisch seine Dielektrizitätskonstante in den Stack Manager ein. Sie können entweder in Maßeinheiten in imperialen oder metrischen Dimensionen arbeiten. Es stehen voreingestellte Schichtkonfigurationen zur Verfügung, um Ihre Entwurfsarbeit zu beschleunigen Alternativ können Sie einen zuvor konfigurierten Stapel aus einem anderen Entwurfsprojekt laden. Bohrpaare sind über eine gegebene Navigationsschaltfläche erreichbar. Ein separates Optionsfeld navigiert zum Impedanzformel-Editor.

Verwenden Sie den Impedanzformel-Editor, um die Impedanz für Hochgeschwindigkeitssignale zu steuern

Halten Sie Stromversorgung und Masse nebeneinander und geben Sie den Signalebenen Bezug

Verwenden Sie integrierte Gleichungen zur Berechnung der Mikrostreifen- und Streifenleitungsimpedanz für Hochgeschwindigkeitssignale in Ihren Schichten. Die integrierten Gleichungen befinden sich im Impedanzformel-Editor im Layer Stack Manager. Die eingebauten Gleichungen beziehen sich auf die Materialstärke und das Dielektrikum von nicht leitfähigen Laminaten sowie auf die im Layer Stack Manager angegebenen Kupfereigenschaften. Optionsfelder innerhalb des Editors ermöglichen den direkten Zugriff auf Gleichungsvariablen, falls Ihr Entwurf eine Analyse für eingebettete Mikrostreifen oder doppelte Streifenleitung erfordert.

• Erstellen Sie PCB-Schichten mit Anweisungen für die Designregel in der Schaltplanerfassung

  Gestalten Sie das Layout von PCB-Layout-Schichten mit Schaltplan-Konstruktionsregeln

• Erstellen Sie X-Signal-Klassen für Hochgeschwindigkeitssignale in Ihren PCB-Schichten.Ermöglichen Sie ein präzises und fehlerfreies Hochgeschwindigkeits-Layout in Ihren Schichte
• Erweitern Sie die Schicht-Platzierungsabsicht für Hochgeschwindigkeitssignale während des Routings.

  Mit Altium Design ActiveRoute können Sie ganz einfach bestimmte Netzklassen auswählen und weiterleiten

Eine Leiterplatte ist nur so stark wie ihr Design. Stellen Sie sicher, dass Ihre Software durch Gerber-Dateien eine oder mehrere Platinen schnell und zuverlässig herausbringen kann, wobei Dicke, Komponenten, Pads und Lötmittel genau angezeigt werden. Achten Sie darauf, dass Ihr Design nicht unter Platinen-Layouts leidet, die ungenau sind oder nicht ordnungsgemäß zwischen Schaltplandesign und Platinen-Layout integriert wurden.

Altium Designer ist ein leistungsfähiges Tool, mit dem Sie den Layer Stack Manager zum Einrichten von PCB-Schichten für die Aufhebung der HF-Energie verwenden können. Verwenden Sie den Layer Stack Manager, um den Aufbau von Streuimpedanz mithilfe des Impedanz-Formel-Editors zu minimieren. Verwenden Sie den Editor, um Hochgeschwindigkeitssignale sorgfältig zu entwerfen, um unerwünschte Impedanzen zu vermeiden, die HF-Energie entwickeln. Die Altium Designer-Tools legen die PCB-Schicht und die Signalimpedanz intelligent fest, damit Ihr PCA gleich beim ersten Versuch die EMV-Prüfung besteht.