4 warstwy stosu PCB - (sygnał, sygnał, moc, masa)

Opracowałem tablicę do projektu, a firma, która ma ją złożyć w moduł wtykowy, właśnie poprosiła mnie o dziwną modyfikację.

Obecnie jest to płyta 4-warstwowa : górny sygnał, masa, moc, dolny sygnał. Całkiem standardowy.

Chcą, żebym zamienił płaszczyznę podłoża na dolną warstwę sygnałową . W ten sposób mogą łatwo kontaktować obudowę mechaniczną (która ma duży radiator) z płaszczyzną uziemienia cienką warstwą grafitu. Mają one na celu poprawę odprowadzania ciepła niektórych krytycznych elementów, które już zetknęły się z płaszczyzną uziemienia poprzez odsłoniętą podkładkę elementu.

Próbuję dowiedzieć się, czy to zły pomysł, czy nie. Oto moje uwagi:

Sygnały, które są kierowane na płycie, nie są w.cz. o częstotliwości najwyżej 10 MHz, a na płycie nie ma zegarów fali prostokątnej.
Najszybsze zbocza niektórych sygnałów mają czas ustalania kilku um i przechodzą przez złącze z innej płytki, więc prawdopodobnie zostaną już przefiltrowane przez złącza pasożytnicze.
Posiadanie warstw odniesienia tak daleko od warstw sygnału wydaje się złym pomysłem na ścieżki powrotne. Lepszym stosem może być: (górny sygnał, moc, sygnał, masa).
Z drugiej strony, zwiększenie odległości od płaszczyzn odniesienia tych krytycznych elementów (niektóre TIA o bardzo niskim poziomie hałasu) zmniejsza pasożytniczą pojemność wejściową (obecnie około 0,5 pF), zmniejszając w ten sposób szum wyjściowy konfiguracji TIA.

Jakie są twoje przemyślenia?

Niektóre odpowiedzi na twoje komentarze:

Czy byłoby możliwe dodanie po prostu nalewania wielokątów na dolnej warstwie?

Być może, ale w obszarze jest wiele sygnałów, których nie można przekierować. Ponieważ grafit jest przewodzący, polegałbym wyłącznie na soldermasce, aby uniknąć zwarć, problemem może być izolacja przelotek (nie mogę użyć przelotek namiotowych).

Czy warstwy sygnałowe są zalane ziemią?

Obecnie nie. Głównie w celu zmniejszenia pojemności wejściowej do masy TIA, ale są pewne obszary, które zdecydowanie mogę wypełnić.

Czy gorące elementy można przenieść na spód płytki drukowanej?

Nie, muszą znajdować się na górnej warstwie z powodu innych ograniczeń montażu i routingu.

Czy faktycznie zależy im na tym, gdzie jest warstwa mocy, czy po prostu chcą ziemi na dole?

Poprosili tylko, żeby ziemia była na dole. Dlatego rozważałem alternatywny stos (najwyższy sygnał, moc, sygnał, masa).

Grafit przewodzi prąd elektryczny. Jeśli twoje przelotki nie są w pełni namiotowe / wypełnione, będziesz w całym świecie problemów.

Bardzo mnie to martwi. Co więcej, jeśli nie wyczyszczę całkowicie obszaru ze śladów sygnału, polegam tylko na izolacji zapewnianej przez soldermaskę, którą można łatwo zarysować.

pcb ground emc pcb-layers FlyerDragon
źródło

Wierzę, że zmianę można wprowadzić w życie. Jeśli projekt planszy jest kompletny, a prośba o tę zmianę jest wymagana, oznacza to pewne przeprojektowanie, które wpływa na twój harmonogram i koszty rozwoju. Zastanawiam się, czy zamiast zmienić stos, czy byłoby możliwe dodanie po prostu uziemionych wielokątów na dolnej warstwie, które są ustawione tak, aby stykały się z radiatorem? To może być mniej dramatyczna zmiana, choć trudno jest nie zauważyć swojego projektu.

Smith

To może stworzyć asymetryczny stos; które prawdopodobnie spowodują nadmierny ukłon i skręcenie w procesie ponownego wlewania (zakładając, że jest to deska przepływowa).

Peter Smith

Czy warstwy sygnałowe są zalane ziemią? Jeśli masz płaszczyznę sygnał-sygnał-płaszczyzna, płyta będzie niezrównoważona i może wypaczać się podczas procesu produkcji PCB z powodu różnych właściwości rozszerzalności cieplnej.

Andrew

Czy gorące elementy można przenieść na spód płytki drukowanej? W ten sposób zbliżają się do radiatora i jest mniejszy opór cieplny.

CHendrix

@mkeith: niekoniecznie, jeśli balansujesz miedź na warstwach sygnałowych wypełniając puste przestrzenie GND, możesz zrobić coś akceptowalnego. Ale jeśli masz dużo śladów sygnału, wypełnienie miedzią będzie trudne. To zależy od projektu. To musi być omówione z fab house.

zeqL

Odpowiedzi:

Inna konfiguracja PCB nie będzie miała znaczenia, jeśli:

1) Zmiana pojemności z ziemi na daną płaszczyznę nie ma znaczenia. (a także efekty linii przesyłowej). „Przydatne” jest umieszczenie płaszczyzny uziemienia na środku, ponieważ nadajesz większości płaszczyzn niewielką pasożytniczą pojemność warstwie uziemienia. Wysyłając płaszczyznę uziemienia do dolnej warstwy, pojemność do płaszczyzny uziemienia jest zwiększana z warstw sygnałowych znajdujących się na górze. Indukcyjność śladu płytki drukowanej jest zwiększana, im dalej od ziemi, co wpływa głównie na obwody dużych prędkości.

Rysunek z inżynierii kompatybilności elektromagnetycznej Henry W Ott

2) Prąd powrotny zostaje zachowany, pamiętaj, że płaszczyzna uziemienia przenosi prąd powrotny. Jeśli płaszczyzny zostaną zamienione, nie umieszczaj szczelin w płaszczyźnie podłoża, jeśli zostanie ona przeniesiona do górnej warstwy. To zmieni wydajność płaszczyzny uziemienia i może dać więcej problemów z zakłóceniami elektromagnetycznymi i typowymi problemami z prądami powrotnymi, które muszą biegać „wokół” szczelin w płaszczyźnie uziemienia.

Nie wygląda na to, że byłoby to trudne w twoim przypadku, jeśli nie masz wysokich wymagań prędkości lub innych wrażliwych obwodów analogowych, które mają wymagania dotyczące szumu. Jeśli masz wrażliwe obwody, może to wymagać bardziej kreatywnego układu.

Oto dobra lektura na temat regularnych kopii zapasowych

Uświadom sobie, że istnieją inne opcje zarządzania temperaturą, takie jak przejście na wyższą masę miedzi lub radiatorów. Płaszczyzny zasilania mogą być również wykorzystywane do zarządzania temperaturą w niektórych przypadkach LUB jeśli masz miejsce na wielu warstwach, użyj jak największej liczby warstw. W przeszłości używałem wielu warstw, ale nie mam surowych wymagań dotyczących lutowania.

Skok napięcia
źródło

Dist. między dwiema górnymi warstwami wynosi około ~ 4,63 mil, a między dwiema warstwami środkowymi ~ 38 mil (zależnie od producenta), co odpowiada odległości 117um i 960um.

C = \frac{ϵ_{0} ϵ_{r} A}{d}

$C = \frac{\epsilon_0\epsilon_rA}{d}$ gdzie

ϵ_{0} = 8.854 e^{- 12}

$\epsilon_0=8.854e^{-12}$ i

ϵ_{r} = 4.4

$\epsilon_r=4.4$ (zależnie od producenta)

A = 144 e - 6

$A= 144e-6$ . Dostaję 48pF między zewnętrznymi płaszczyznami dla tablicy 144 cm ^ 2 i 6pF między wewnętrznymi większością warstw. Kolejność tych płaszczyzn ma znaczenie w zależności od pojemności. Co więcej, wzajemna indukcyjność i efekt linii przesyłowej również wpłyną na kolejność, prawdopodobnie nie dla OP

Skok napięcia

D'oh, nieważne, pomyliłem moje moce, źle przekonwertowałem nF jak pF. Problem z matematyką wieczorem!

Tom Carpenter

Nie martw się, cm ^ 2 zawsze mnie łapie, zwykle teraz zamieniam go na m ^ 2

skok napięcia

Zachowywanie dwóch kolejnych warstw sygnału nie jest dobrym pomysłem. Ponieważ tworzy przesłuch / zakłócenia w liniach sygnałowych.

W najgorszym przypadku, jeśli chcesz umieścić kolejne warstwy sygnałowe, powinieneś umieścić linie sygnałowe prostopadle względem siebie w tych warstwach.

Kumar Satyam
źródło