بشكل عام، هناك قاعدتان رئيسيتان للتصميم الرقائقي:
1. يجب أن يكون لكل طبقة توجيه طبقة مرجعية مجاورة (مصدر طاقة أو تكوين)؛
2. يجب الحفاظ على مسافة دنيا بين طبقة الطاقة الرئيسية المجاورة والأرض لتوفير سعة اقتران كبيرة؛
فيما يلي مثال لمكدس يتراوح من طبقتين إلى ثماني طبقات:
أ. لوحة PCB أحادية الجانب ولوحة PCB مزدوجة الجانب مغلفة
بالنسبة للطبقتين، نظرًا لصغر عدد الطبقات، لا توجد مشكلة في التصفيح. يُراعى التحكم في إشعاع EMI بشكل أساسي من خلال الأسلاك والتخطيط؛
يتزايد انتشار التوافق الكهرومغناطيسي للصفائح أحادية الطبقة ومزدوجة الطبقة. والسبب الرئيسي لهذه الظاهرة هو اتساع مساحة حلقة الإشارة، مما لا يُنتج إشعاعًا كهرومغناطيسيًا قويًا فحسب، بل يجعل الدائرة حساسة للتداخل الخارجي أيضًا. أبسط طريقة لتحسين التوافق الكهرومغناطيسي للخط هي تقليل مساحة حلقة الإشارة الحرجة.
الإشارة الحرجة: من منظور التوافق الكهرومغناطيسي، تُشير الإشارة الحرجة أساسًا إلى الإشارة التي تُنتج إشعاعًا قويًا وتكون حساسة للتأثيرات الخارجية. الإشارات التي تُنتج إشعاعًا قويًا عادةً ما تكون إشارات دورية، مثل الإشارات المنخفضة للساعات أو العناوين. الإشارات الحساسة للتداخل هي تلك التي تحتوي على مستويات منخفضة من الإشارات التناظرية.
تُستخدم عادةً الألواح ذات الطبقة المفردة والمزدوجة في تصميمات محاكاة التردد المنخفض التي تقل عن 10 كيلوهرتز:
1) قم بتمرير كابلات الطاقة على نفس الطبقة بطريقة شعاعية، وتقليل مجموع طول الخطوط؛
٢) عند توصيل سلكي مصدر الطاقة والتأريض، يجب وضع سلك تأريض بالقرب من سلك الإشارة الرئيسي قدر الإمكان. سيؤدي ذلك إلى تقليل مساحة الحلقة وتقليل حساسية إشعاع الوضع التفاضلي للتداخل الخارجي. عند إضافة سلك تأريض بجانب سلك الإشارة، يتم تكوين دائرة ذات مساحة أصغر، ويجب توجيه تيار الإشارة عبر هذه الدائرة بدلاً من مسار التأريض الآخر.
٣) إذا كانت لوحة الدائرة ثنائية الطبقات، يُمكن وضعها على الجانب الآخر من اللوحة، بالقرب من خط الإشارة أسفلها، مع وضع سلك تأريض على طول خط الإشارة، بأعرض خط ممكن. مساحة الدائرة الناتجة تساوي سمك لوحة الدائرة مضروبًا في طول خط الإشارة.
ب. التصفيح بأربع طبقات
1. سيج-جند (PWR)-PWR (GND)-SIG؛
2. GND-SIG(PWR)-SIG(PWR)-GND؛
في كلا التصميمين المصفحين، تكمن المشكلة المحتملة في سُمك اللوحة التقليدي البالغ 1.6 مم (62 مل). ستصبح المسافة بين الطبقات كبيرة، مما لا يُساعد فقط على التحكم في المعاوقة، وربط الطبقات، والحماية؛ بل يُقلل أيضًا من سعة اللوحة، ويُعيق ترشيح الضوضاء.
بالنسبة للمخطط الأول، يُستخدم عادةً في حالة وجود عدد كبير من الرقائق على اللوحة. يُحسّن هذا المخطط أداء النظام التكاملي (SI)، لكن أداء التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) ليس جيدًا، ويعتمد ذلك بشكل أساسي على الأسلاك وتفاصيل أخرى. ملاحظة رئيسية: وُضع التكوين في طبقة الإشارة الأكثر كثافة، مما يُساعد على امتصاص الإشعاع وقمعه. يجب زيادة مساحة اللوحة لتعكس قاعدة 20H.
بالنسبة للمخطط الثاني، يُستخدم عادةً عندما تكون كثافة الشريحة على اللوحة منخفضة بما يكفي، وتوجد مساحة كافية حول الشريحة لوضع طبقة النحاس اللازمة. في هذا المخطط، تتكون الطبقة الخارجية من لوحة الدوائر المطبوعة من طبقات، بينما تتكون الطبقتان الأوسطتان من طبقة الإشارة/الطاقة. يتم توجيه مصدر الطاقة على طبقة الإشارة بخط عريض، مما يُخفض معاوقة مسار تيار مصدر الطاقة، كما تُخفض معاوقة مسار شريط الإشارة الدقيق، ويُمكنه أيضًا حجب إشعاع الإشارة الداخلية عبر الطبقة الخارجية. من منظور التحكم في التداخل الكهرومغناطيسي، يُعد هذا أفضل هيكل متوفر للوحة الدوائر المطبوعة رباعية الطبقات.
تنبيه رئيسي: يجب فتح طبقتي الإشارة الأوسطتين، مع مراعاة تباعد طبقات خلط الطاقة، مع مراعاة اتجاه الخطوط الرأسي لتجنب التداخل؛ يجب اختيار مساحة مناسبة في لوحة التحكم، مع مراعاة قواعد 20H؛ للتحكم في معاوقة الأسلاك، يجب وضع الأسلاك بعناية فائقة تحت الجزر النحاسية لمصدر الطاقة والأرضية. بالإضافة إلى ذلك، يجب ربط مصدر الطاقة أو النحاس قدر الإمكان لضمان اتصال التيار المستمر والتردد المنخفض.
ج. تصفيح ست طبقات من الصفائح
لتصميم رقاقة عالية الكثافة وتردد ساعة مرتفع، يُنصح بتصميم لوحة سداسية الطبقات. يُنصح باستخدام طريقة التصفيح التالية:
1.SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG؛
في هذا المخطط، يحقق نظام التصفيح سلامة إشارة ممتازة، حيث تتاخم طبقة الإشارة طبقة التأريض، وطبقة الطاقة مع طبقة التأريض، ويمكن التحكم جيدًا في معاوقة كل طبقة توجيه، كما تمتص كلتا الطبقتين الخطوط المغناطيسية بكفاءة. بالإضافة إلى ذلك، يوفر هذا النظام مسار عودة أفضل لكل طبقة إشارة في حالة إمداد وتكوين طاقة كاملين.
2. GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND؛
في هذا المخطط، يُطبق هذا المخطط فقط في الحالات التي تكون فيها كثافة الجهاز منخفضة جدًا. تتمتع هذه الطبقة بجميع مزايا الطبقة العليا، كما أن مستوى التأريض للطبقتين العلوية والسفلية مكتمل نسبيًا، مما يُتيح استخدامها كطبقة حماية أفضل. من المهم ملاحظة أن طبقة الطاقة يجب أن تكون قريبة من الطبقة التي لا تُمثل مستوى المكون الرئيسي، لأن المستوى السفلي سيكون أكثر اكتمالًا. وبالتالي، فإن أداء EMI أفضل من المخطط الأول.
ملخص: في تصميم الألواح ذات الست طبقات، يجب تقليل المسافة بين طبقة الطاقة والأرضية إلى أدنى حد ممكن لتحقيق اقتران جيد بين الطاقة والأرضية. ومع ذلك، على الرغم من سماكة اللوحة البالغة 62 مل وتقليص المسافة بين الطبقات، لا يزال من الصعب التحكم في المسافة بين مصدر الطاقة الرئيسي وطبقة الأرض، فهي صغيرة جدًا. بالمقارنة مع المخططين الأول والثاني، فإن تكلفة المخطط الثاني أعلى بكثير. لذلك، عادةً ما نختار الخيار الأول عند التكديس. أثناء التصميم، يجب اتباع قواعد 20H وقواعد طبقة المرآة.
د. تصفيح ثماني طبقات
١. نظرًا لضعف قدرة امتصاص الكهرومغناطيسية وارتفاع مقاومة الطاقة، لا تُعدّ هذه الطريقة مناسبةً للتغليف. هيكلها كالتالي:
1. سطح مكون الإشارة 1، طبقة توصيل الشريط الدقيق
2. إشارة 2 طبقة توجيه الشريط الداخلي الدقيقة، طبقة التوجيه الجيدة (اتجاه X)
3.الأرض
4. طبقة توجيه خط الإشارة 3، طبقة التوجيه الجيدة (اتجاه Y)
5. طبقة توجيه الكابل للإشارة 4
6.القوة
7. طبقة توصيل الشريط الداخلي للإشارة 5
8. طبقة توصيل الشرائط الدقيقة للإشارة 6
٢. إنه نوع من وضع التكديس الثالث. بفضل إضافة طبقة مرجعية، يتميز بأداء EMI أفضل، ويمكن التحكم جيدًا في المعاوقة المميزة لكل طبقة إشارة.
1. سطح مكون الإشارة 1، طبقة الأسلاك الدقيقة، طبقة الأسلاك الجيدة
2. طبقة أرضية، قدرة جيدة على امتصاص الموجات الكهرومغناطيسية
٣. إشارة ٢: طبقة توجيه الكابل. طبقة توجيه كابل جيدة.
4. طبقة الطاقة والطبقات التالية تشكل امتصاصًا كهرومغناطيسيًا ممتازًا 5. طبقة الأرض
٦. طبقة توجيه كابل الإشارة ٣. طبقة توجيه كابل جيدة
7. تكوين الطاقة، مع مقاومة طاقة كبيرة
٨. طبقة كابلات الإشارة ٤ ميكروستريب. طبقة كابلات جيدة
3. أفضل وضع للتكديس، لأن استخدام مستوى مرجعي أرضي متعدد الطبقات لديه قدرة امتصاص جيومغناطيسية جيدة جدًا.
1. سطح مكون الإشارة 1، طبقة الأسلاك الدقيقة، طبقة الأسلاك الجيدة
2. طبقة أرضية، قدرة جيدة على امتصاص الموجات الكهرومغناطيسية
٣. إشارة ٢: طبقة توجيه الكابل. طبقة توجيه كابل جيدة.
4. طبقة الطاقة والطبقات التالية تشكل امتصاصًا كهرومغناطيسيًا ممتازًا 5. طبقة الأرض
٦. طبقة توجيه كابل الإشارة ٣. طبقة توجيه كابل جيدة
7. طبقة الأرض، قدرة أفضل على امتصاص الموجات الكهرومغناطيسية
٨. طبقة كابلات الإشارة ٤ ميكروستريب. طبقة كابلات جيدة
يعتمد اختيار عدد الطبقات المستخدمة وكيفية استخدامها على عدد شبكات الإشارة على اللوحة، وكثافة الجهاز، وكثافة PIN، وتردد الإشارة، وحجم اللوحة، وعوامل أخرى عديدة. يجب مراعاة هذه العوامل. كلما زاد عدد شبكات الإشارة، زادت كثافة الجهاز، وبالتالي زاد تردد الإشارة. يجب اعتماد تصميم الإشارة قدر الإمكان. لتحقيق أداء EMI جيد، يُفضل التأكد من أن لكل طبقة إشارة طبقة مرجعية خاصة بها.
وقت النشر: ٢٦ يونيو ٢٠٢٣
