4 ชั้น PCB stack - (สัญญาณ, สัญญาณ, พลังงาน, กราวด์)

ฉันได้พัฒนาบอร์ดสำหรับโครงการและ บริษัท ที่จะรวมมันเข้ากับโมดูลที่เสียบได้เพิ่งขอให้ฉันดัดแปลงแปลก ๆ

ขณะนี้มันเป็นบอร์ด 4 เลเยอร์ : สัญญาณด้านบนพื้นดินพลังงานสัญญาณด้านล่าง มาตรฐานสวย

พวกเขาต้องการให้ฉันไปสลับระนาบพื้นดินที่มีชั้นล่างสัญญาณ ด้วยวิธีนี้พวกเขาสามารถสัมผัสกับกล่องกล (ที่มีฮีทซิงค์ขนาดใหญ่) ไปยังระนาบกราวด์ด้วยชั้นกราไฟท์บาง ๆ ได้อย่างง่ายดาย พวกเขาตั้งเป้าหมายที่จะปรับปรุงการกระจายความร้อนของส่วนประกอบที่สำคัญบางอย่างแล้วติดต่อกับระนาบพื้นผ่านแผ่นสัมผัสที่มีส่วนประกอบ

ฉันพยายามที่จะคิดออกว่านี่เป็นความคิดที่ไม่ดีหรือไม่ นี่คือการพิจารณาของฉัน:

สัญญาณที่กำหนดเส้นทางในบอร์ดไม่ใช่ HF, สูงสุดที่ 10MHz และไม่มีสัญญาณนาฬิกาสมาร์ตเวฟในบอร์ด
ขอบที่เร็วที่สุดของสัญญาณบางตัวมีเวลาการตกตะกอนไม่กี่ um และผ่านตัวเชื่อมต่อจากบอร์ดอื่นดังนั้นพวกมันอาจถูกกรองโดยตัวเก็บประจุกาฝากตัวเชื่อมต่อแล้ว
การมีเลเยอร์อ้างอิงจนถึงเลเยอร์สัญญาณนั้นเป็นความคิดที่ไม่ดีสำหรับเส้นทางย้อนกลับ สแต็คที่ดีกว่าอาจเป็น: (สัญญาณด้านบน, พลังงาน, สัญญาณ, กราวด์)
บนมืออื่น ๆ ที่เพิ่มขึ้นระยะทางจากระนาบอ้างอิงขององค์ประกอบที่สำคัญเหล่านั้น (บาง TIAs เสียงต่ำมาก) ช่วยลดความจุป้อนข้อมูลปรสิต (ปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ 0.5pF) ซึ่งช่วยลดเสียงรบกวนจากการส่งออกของการกำหนดค่า TIA

คุณคิดอะไรอยู่

บางคำตอบสำหรับความคิดเห็นของคุณ:

เป็นไปได้ไหมที่จะเพิ่มรูปหลายเหลี่ยมเทลงในชั้นล่าง?

อาจเป็นได้ แต่มีสัญญาณจำนวนมากในพื้นที่ที่ไม่สามารถเปลี่ยนเส้นทางได้ เนื่องจากกราไฟต์นั้นเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าฉันจะพึ่งทหารเท่านั้นที่จะหลีกเลี่ยงการลัดวงจรการแยกความแตกต่างบนจุดอ่อนอาจเป็นปัญหาได้ (ฉันไม่สามารถใช้จุดจบแบบบิดเบี้ยวได้)

ชั้นสัญญาณมีน้ำท่วมพื้นหรือไม่?

ปัจจุบันไม่มี ส่วนใหญ่เพื่อลดความจุอินพุตให้กับพื้นของ TIAs แต่มีบางพื้นที่ที่ฉันสามารถเติมได้อย่างแน่นอน

ส่วนประกอบที่ร้อนสามารถเคลื่อนย้ายไปที่ด้านล่างของ PCB ได้หรือไม่?

ไม่พวกเขาจะต้องอยู่ในชั้นบนสุดเนื่องจากข้อ จำกัด การประกอบและการกำหนดเส้นทางอื่น ๆ

พวกเขาสนใจว่าชั้นพลังงานอยู่หรือว่าพวกเขาต้องการพื้นดินที่ด้านล่าง?

พวกเขาแค่ขอให้พื้นอยู่ด้านล่าง นั่นเป็นเหตุผลที่ฉันพิจารณาสแต็คทางเลือก (สัญญาณด้านบน, พลังงาน, สัญญาณ, กราวด์)

กราไฟต์เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า หากจุดอ่อนของคุณไม่เต็ม / เต็มคุณจะอยู่ในโลกของปัญหา

ฉันก็เป็นห่วงเรื่องนั้นเช่นกัน นอกจากนี้หากฉันไม่ได้ล้างพื้นที่จากร่องรอยสัญญาณฉันแค่พึ่งพาการแยกที่กำหนดโดยทหารที่สามารถขูดได้ง่าย

— FlyerDragon
แหล่งที่มา

ฉันเชื่อว่าการเปลี่ยนแปลงสามารถทำงานได้ หากการออกแบบบอร์ดเสร็จสมบูรณ์และการเปลี่ยนแปลงนี้กำลังถูกถามก็หมายถึงการออกแบบใหม่บางอย่างซึ่งส่งผลต่อกำหนดการและค่าใช้จ่ายในการพัฒนาของคุณ ฉันสงสัยว่าแทนที่จะเปลี่ยนสแต็กอัพเป็นไปได้หรือไม่ที่จะเพิ่มรูปหลายเหลี่ยมพื้นบนชั้นล่างที่ติดตั้งฮีทซิงค์? นั่นอาจเป็นการเปลี่ยนแปลงที่น่าทึ่งน้อยลงแม้ว่าจะไม่เห็นการออกแบบของคุณ แต่ก็ยากที่จะพูด

— สมิ ธ

สิ่งนี้มีแนวโน้มที่จะสร้างสแต็กแบบอสมมาตร ที่อาจจะทำให้คันธนูและบิดมากเกินไปในกระบวนการ reflow (สมมติว่ามันเป็นคณะกรรมการ reflowed)

— ปีเตอร์สมิ ธ

ชั้นสัญญาณมีน้ำท่วมพื้นหรือไม่? หากคุณมีสัญญาณสัญญาณระนาบระนาบบอร์ดจะไม่สมดุลและอาจบิดเบี้ยวในระหว่างกระบวนการผลิต PCB เนื่องจากลักษณะการขยายตัวทางความร้อนที่แตกต่างกัน

— แอนดรู

ส่วนประกอบที่ร้อนสามารถเคลื่อนย้ายไปที่ด้านล่างของ PCB ได้หรือไม่? ด้วยวิธีนี้พวกเขาเข้าใกล้ฮีทซิงค์มากขึ้นและมีความต้านทานความร้อนน้อย

— CHendrix

@mkeith: ไม่จำเป็นถ้าคุณสร้างความสมดุลของทองแดงในชั้นสัญญาณโดยการเติมช่องว่างของ GND คุณสามารถทำสิ่งที่ยอมรับได้ แต่ถ้าคุณมีร่องรอยสัญญาณจำนวนมากการเติมทองแดงจะยาก ดังนั้นมันขึ้นอยู่กับการออกแบบ จะต้องมีการพูดคุยกับบ้าน fab

— zeqL

คำตอบ:

การกำหนดค่า PCB ที่แตกต่างกันจะไม่สำคัญว่า:

1) การเปลี่ยนความจุจากพื้นดินเป็นระนาบที่กำหนดไม่สำคัญ (และยังมีผลกระทบสายส่ง) มัน 'มีประโยชน์' ที่จะมีระนาบกราวด์อยู่ตรงกลางเพราะคุณให้ความจุของกาฝากขนาดเล็กกับระนาบกราวด์ส่วนใหญ่ โดยการส่งระนาบกราวด์ไปที่เลเยอร์ด้านล่างความจุไปยังระนาบกราวด์จะเพิ่มขึ้นจากเลเยอร์สัญญาณที่อยู่ด้านบน ความเหนี่ยวนำของ PCB เพิ่มขึ้นยิ่งจากพื้นดินซึ่งมีผลต่อวงจรความเร็วสูงเป็นหลัก

รูปจากวิศวกรรมความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าโดย Henry W Ott

2) กระแสย้อนกลับจะถูกเก็บรักษาไว้โปรดจำไว้ว่าระนาบกราวด์นำกระแสกลับมา หากเครื่องบินถูกเปลี่ยนอย่าใส่ช่องลงในระนาบกราวน์หากมันถูกย้ายไปที่ชั้นบนสุด ที่จะเปลี่ยนประสิทธิภาพของระนาบกราวด์และอาจทำให้คุณเกิดปัญหา EMI มากขึ้นและปัญหาโหมดทั่วไปจากกระแสย้อนกลับที่ต้องรัน "รอบ" ช่องเสียบในระนาบกราวด์

มันฟังดูไม่น่าจะเป็นเรื่องยากที่จะทำในกรณีของคุณถ้าคุณไม่มีความต้องการความเร็วสูงหรือวงจรอะนาล็อกที่ละเอียดอ่อนอื่น ๆ ที่มีข้อกำหนดด้านเสียง หากคุณมีวงจรที่ละเอียดอ่อนอาจใช้รูปแบบความคิดสร้างสรรค์มากขึ้น

นี่คือการอ่านที่ดีในการสแต็กปกติ

ตระหนักว่ามีตัวเลือกอื่น ๆ สำหรับการจัดการระบายความร้อนเช่นการเปลี่ยนเป็นทองแดงหรือฮีทซิงค์ที่มีน้ำหนักมากขึ้น เครื่องบินพลังงานยังสามารถใช้สำหรับการจัดการระบายความร้อนในบางกรณีหรือถ้าคุณมีพื้นที่ในหลายชั้นใช้เป็นชั้นมากเท่าที่คุณสามารถ ก่อนหน้านี้ฉันเคยใช้หลายเลเยอร์ แต่ฉันไม่มีข้อกำหนดการบัดกรีที่เข้มงวด

— แรงดันไฟฟ้า
แหล่งที่มา

ระยะทาง ระหว่างสองชั้นบนประมาณ ~ 4.63mil และระหว่างสองชั้นกลาง ~ 38mil (ขึ้นอยู่กับผู้ผลิต) ที่สอดคล้องกับระยะทาง 117um และ 960um

C = \frac{ϵ_{0} ϵ_{r} A}{d}

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

ϵ_{0} = 8.854 e^{- 12}

$\epsilon_0=8.854e^{-12}$ และ

ϵ_{r} = 4.4

$\epsilon_r=4.4$ (ยังขึ้นอยู่กับผู้ผลิต)

A = 144 e - 6

$A= 144e-6$ . ฉันได้ 48pF ระหว่างระนาบภายนอกสำหรับบอร์ด 144cm ^ 2 และ 6pF ระหว่างเลเยอร์ส่วนใหญ่ภายใน คำสั่งของเครื่องบินเหล่านี้สร้างความแตกต่างกับความจุ ยิ่งไปกว่านั้นตัวเหนี่ยวนำร่วมและเอฟเฟกต์สายส่งจะสร้างความแตกต่างในการสั่งซื้อซึ่งอาจไม่ใช่สำหรับ OP

— Voltage Spike

อ๊ะไม่เป็นไรได้รับพลังของฉันผิด nF เข้าใจผิดว่าเป็น pF ปัญหากับการทำคณิตศาสตร์ในตอนเย็น!

— Tom Carpenter

ไม่ต้องกังวล cm ^ 2 ทำให้ฉันเข้าอยู่เสมอฉันมักจะแปลงมันเป็น m ^ 2 ทันที

— Voltage Spike

ไม่ใช่ความคิดที่ดีที่จะเก็บเลเยอร์สัญญาณต่อเนื่องสองชั้น เพราะมันสร้างการพูดคุยข้าม / การรบกวนในสายสัญญาณ

ในกรณีที่เลวร้ายที่สุดถ้าคุณต้องการวางเลเยอร์สัญญาณต่อเนื่องคุณควรวางสายสัญญาณในแนวตั้งฉากซึ่งกันและกันในเลเยอร์เหล่านั้น

— Kumar Satyam
แหล่งที่มา