Yüksek hızlı Signal Isolation'ı Geliştirmek için Kontrollü Stack-up kullanmak

Modern yüksek hızlı dijital ve RF devre tasarımında, sinyal bütünlüğü artık lüks değildir - bir zorunluluktur.Sağlanmış bant genişliğine, basılı devre kurulunun fiziksel inşaatına (PCB) önemli ölçüde sinyal izolasyonunu artırabilir ve elektromanyetik müdahaleyi azaltır (EMI). Bu makale, yüksek çözünürlükte kontrol edilen yüksek çözünürlük stratejileri için en güçlü araçlardan biri.

Kontrollü bir yuva nedir?

Kontrollü bir yığın, tabakaların belirli bir engel değerlerinin, dielektrik sabitlerinin ve her katmanın siparişi, öngörülebilir elektrik davranışını elde etmek için dikkatlice belirtilmektedir.Kental bir yığından farklı olarak, kontrollü bir yığın hedeflerin belirli bir şekilde, kontrol edilen bir sabit tutar değerleri, dielektrik sabitleri ve zarar verici devreleri.

Kontrollü bir yığıntaki anahtar değişkenler, tabakaların sayısını, bakır ağırlığı katmanı, dielektrik materyali (tipik olarak FR-4, Megtron 6 veya Rogers laminatları), ön ve temel kalınlıkları ve sinyal düzenlemelerini içerir. yüksek hızlı tasarımlarda, her katman geçiş paraşütü ve kapasitance getirir, böylece yığınlama ve kapasiteleri en aza indirmek gerekir.

[FONT:0) Bu neden sinyal izolasyonu için bu meseleyi yapar?) İki sinyalin aralarında sağlam bir referans uçağı olmadan yan yanardağ tabakaları, bu teknik, oldukça basit ve kontrollü bir şekilde, kontrollü bir zemine ve bir zemine sahip olmasını sağlar.

İyi bir Ö-Taylı Övgülerin Eleştirel Faydaları

Geliştirilmiş Signal Isolation ve Azaltıl Crosstalk

Belki de kontrollü yığınların en doğrudan yararı, diğer katmanların kapatılmasının engellenmesi, bir kalkan olarak hareket eden yakındaki bir yerden gelen bir zemin uçağın faydasını sağlamak.In multi-gigabit tasarımları (e.g., PCIe Gen 5, USB 3.2, veya 25 Gbps Ethernet), diğer tabakalara darbenin durdurulması, aynı şekilde, mikrostrip izlerinin kapatılması ve hatta çok uzak uçsuz bir yerden uzak durmanın sağlanmasıdır.

Alt Elektromanyetik Müdahale (EMI)

Kontrolsüz elektromanyetik radyasyon, dış katmanlarda yaygın bir düzenleyici başarısızlık kaynağıdır. İyi tasarlanmış bir yığın daha yüksek frekanslı akımlar sinyal-reference düzlem çiftinde, PCB'yi koruyucu bir yapı haline getirmek. Sürekli zemin uçakların dış tabakalarda kullanımı (bazen üst tabakada bir zemin sel) daha yüksek frekanslı emisyonlar içerir.Bu yaklaşım özellikle de geçmek veya CISPR uyumlu testleri gereken ürünler için önemlidir.

Kurulan Impedance Across the Board

Kontrollü dielektrik kalınlığı ve bakır ağırlığı, tasarımcıların belirli karakteristik engelleri hedeflemelerine izin verir -tipik olarak 50 ULL'yi tek uçlu izler ve 90 ULL veya 100 ULL'yi diferansiyel çiftler için kontrol edilir.

Geliştirilmiş Güç

Kontrollü çöpün bir tarafı güç teslimatını geliştirdi. Yakın yakın mesafede güç ve zemin uçakları koyarak (onları arasındaki dielektrik), uçak kapasitesi artışları, yüksek frekanslı gürültüyü güç raylarında azaltır. Bu faydaların hem analog hem de dijital devreleri daha düşük gürültü zemininde azaltır.

Temel Tasarım İlkeleri ve Stratejileri

Dielektrik Yönetimi Yoluyla Impedance Control Through Dielektrik Yönetimi

Mikrostrip izinin karakteristik özelliği, istenen ön kalınlığına bağlıdır (projektif düzleme giden izden) ve dielektrik sabiti ( ⁇ r) Kontrollü katlar için, tasarımcı istenen bariyerle eşleşmesi için dielektrik yüksekliği belirtir.

Katman Pairing ve Referans Plane Allocation

Çok katmanlı bir PCB'de, her sinyal katmanı sağlam bir zemin veya güç uçağına bitişik olmalıdır. Ortak bir baş kuralı asla arkadan gelen sinyal tabakaları, örneğin 6 katmanlı bir yığınlama işlemi genellikle aşağıdaki düzenlemeyi kullanır:0)Layer 1: Signal (top), Katman 2: Ground, Katman 4: Ground, Katman 4: Ground, Katman 5: Ground, Katman 6: Signal (yüz)[Dön)[Dön)[Dönetici: 1 ).

Güç uçaklarını referans tabakaları olarak kullanırken, güç dağıtım için bölünmüş veya yuva olmadığı garanti edilir. Bir sinyal izi üzerinde bölünmüş bir güç uçağı engellenme ve radyasyona ihtiyaç duyarsa, bölmelerin kritik sinyaller için kullanılmadığı veya tüm referans için özel bir zemin uçağı kullanmaması gerekir.

Strip vs. Microstrip: Doğru Yapıyı Seç

[FONT:0]Stripline[[Dönetici:0) İki referans uçağı arasında gömülü bir iz anlamına gelir (tipik olarak zemin). Bu yapılandırma, iki uçak arasında sınırlı olduğu için, düşük haçlı ve düşük EMI ile sabit hatlarıyla sonuçlanan alanlar, yüksek hızlı otobüsler ve saat hatları için idealdir, ancak ek katmanların nedeniyle üretim karmaşıklığı ve maliyet sağlar.

[FONT:0)Mikrostrip[[Dönetici:0))[[Döneticileri, alt tabakaları ve mikroleri daha fazla EMI için daha hassastır.

Via Management ve Return Path Integrity

Bir sinyal değişikliği katmanları ne zaman, geri dönüş akımı da referans uçaklarını değiştirmeli.Eğer bu geçişler aracılığıyla yakındaki bir zemin eksikliği varsa, geri dönüş akımı alternatif bir yol bulmak, sinyal kalitesini artıran ve çapraz bir geçiş yapmak zorundadır.

Yüksek çözünürlükte, her 1-2 mm aracılığıyla uçak resonance'ı azaltmak ve koruma etkinliğini geliştirmek için zemin uçaklarının kenarlarında dikmek yoluyla kullanılır.

Pratik Uygulama ve Stack-up Örnekleri

4-Layer Stack-up for Cost-Sensitive High-Speed Designs

Birçok uygulama için (örneğin USB 2.0, 10/100 Ethernet, düşük uç FPGAs), 4 katmanlı bir tahta doğru tasarlandığında yeterli sinyal izolasyonu sağlayabilir. tipik kontrollü bir yığın:[Dönem:[Dönem: 0:0)[Dönemli: 0,2|Dönemli bir sinyal kaynağı değiştir][Dönemli bir şekilde,[Dönemli bir şekilde)[Dönemli bir şekilde,[Dönemli)[Dönemli bir şekilde,[Dönemli)[Dönemli bir şekilde, x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x

4-katlı bir tasarımda bile, yığın kontrol edilmelidir. 50 GU mikrostrip standart FR-4 ( ⁇ r ~ 4.2), Katman 1'den Katman 2'ye mesafe tam olarak belirtilmelidir (örneğin, 0.2 mm prepreg kalınlığı).

6Layer Stack-up for Mainstream High-Speed Digital

Birden yüksek hızlı arayüzlerle tasarımlar için (örneğin, Prat4 hafıza, PCIe Gen 3, Gigabit Ethernet), 6 katmanlı bir yığın daha esneklik ve izolasyon sağlar. önerilen kontrollü bir yığın:

Bu düzenlemede, iç sinyal çifti (Layer 3) her iki tarafta da zemin uçaklar tarafından tamamen izole edilir, saat ve veri hatları için mükemmel bir izolasyon sağlar. Güç uçağı (Layer 4) iki zemin uçak arasında sandviçlenir (Layer 2 ve Katman 5), bu da sinyalleri en aza indirir.

8-Layer Stack-up for Advanced Karma-Signal and RF Designs

Tasarım hassas analog devreler, yüksek hızlı dijital ve RF (örneğin, yazılım tanımlı radyolar, 5G temel istasyonu ekipman), 8 katmanlı kontrollü bir yığınlama genellikle gereklidir.

8-katlı bir yığın güzelliği, her sinyal tabakasının en az bir tarafta özel bir zemin uçağı olması ve kritik sinyallerin şeritli konfigürasyonlara yerleştirilebileceğidir. Bu tasarım yaklaşımı, dijital gürültünün konsensiyonel analog dönüştürücüler için önemli olan 60 dB'den daha iyi izolasyon seviyelerine ulaşabilir.

Common Pitfalls Kaçmak için

Split Planes'i High-Speed Traces için Referans Olarak Kullanın

Yüksek hızlı bir iz, bir yuva veya zemin uçakta bölünmüştürken, geri dönüş akımı bölünmeyi dolaşmalıdır, büyük bir döngü alanı yaratarak. Bu sadece girişte artış gösterir, ancak aynı zamanda EMI'yi de yayarsınız, bir dikme cihazı veya daha iyi, tamamen adanmış bir zemin katmanı kullanarak bölünmeleri önlemek gerekir.

Vursuza kadar, Shield Katmanları için Stitching

Birden fazla zemin uçakla bile, onları bağlayan parçaları çok sparse, kalkan etkinliği yüksek frekanslarda küçültülebilir. Mikrostrip'ler için şerit geçişler gerekir, en az iki zemin boyunca sinyal üzerinden.For edge kalkaning, place vias at intervals less than ⁇ /20 of interest (e.g., for 10 GHz, spacing less than the microstrip to striptiz geçişleri gerekir).

Yüksek Frequencies'da Dielektrik Kayıplarını Tanımlama

Standart FR-4, Rogers 4350B, Isola Astra MT77 veya Megtron gibi düşük kilo verme noktalarına sahip, işletim frekansının üzerindeki gerçek dielektrik sabit ve kaybı dikkate almalıdır, sadece 1 MHz'den fazla işletim için değil.

Bakır Kabalık Etkisini Araştırın

Yüksek frekanslarda, mevcut bakırın yüzeyinde yoğunlaşır (skin etkisi). kaba bakır yüzeyler direnç ve kaybı arttırır. Kontrollü yığınlama düzgün bakır (örneğin, RTF veya VLP bakır) özellikle de bakır ile doğrudan temasta olan şerit konfigürasyonları için.

Kumaşı Önce Simulate Başarısız

En iyi tasarım kuralları ile bile, beklenmedik etkileşimler malzeme toleransları nedeniyle meydana gelebilir, stubs aracılığıyla ve uçak rezonansları her zaman 2.5D veya 3D elektromanyetik simülasyonlar çalıştırın (Asys HFSS, Keysight ADS veya Altium SI dalgası gibi araçlar kullanarak) üretim yapmadan önce çöp performansı doğrulanabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Kontrollü yığın, tasarımcılar, EMI'yi en aza indirmek için temel bir mühendislik uygulamasıdır ve tüm tahtadaki tutarlı bir yığın için tutarlı bir şekilde çalışır.Grupla bütünleme ve gürültü performansınızı içerecek şekilde, basit bir 4 katmanlı mikrokontrolör kurulu veya karmaşık 20 katmanlı karma ayarlı sistem oluşturabilirsiniz, EMI'yi azaltır ve tutarlı bir yığınlama süresine kadar devam eder.

Daha fazla okuma için, endüstri kaynaklarına, örneğin:0)Altium'un kontrol etme kılavuzuna atıfta bulunur[Dönemli: 1), IEEE yüksek hızlı PCB tasarım teknikleri ve IPC-2141 Kontrollü yönlendirme tasarımı için standart.