Проектуємо в Altium Designer чотиришаровий стек друкованої плати з імпедансом 50 Ом

Проектуємо високошвидкісні плати в Altium Designer

Розробники, які перейшли з двошарової плати на чотиришарову, ймовірно, готові почати працювати з площинами живлення та заземлення. Щоб допомогти вам у розробці вашого проекту існує стандартний стек, який рекомендують використовувати розробникам друкованих плат більшість виробників.

Базовий Stackup, який є найбільш рекомендованим, — це стек типу SIG/GND/PWR/SIG, де внутрішні шари представляють собою площини або великі багатокутники. Для багатьох типів проектів це нормально, якщо ви не допускаєте простих помилок у компонуванні та маршрутизації.

Якщо вам потрібно зробити щось складніше, наприклад, розміщення та розведення високошвидкісних компонентів по обидва боки плати, вам доведеться використовувати альтернативний Stackup. Типова помилка маршрутизації, що веде до створення базового 4-х шарового стека, полягає в маршрутизації високошвидкісних сигналів між поверхневими шарами без забезпечення чіткого зворотного шляху, що призводить до великого випромінювання електромагнітних завад від плати. Замість цього вам слід використовувати один із цих альтернативних 4-шарових стеків для створення стека та розведення друкованої плати.

Stackup #1: GND/SIG+PWR/SIG+PWR/GND

У цій структурі використовують заземлення на зовнішніх шарах для забезпечення високого захисту від зовнішніх електромагнітних завад. Даний Stackup також може забезпечити легкий і зручний шлях для електростатичного розряду назад до GND і, зрештою, до корпусу пристрою або землі без необхідності прямувати шляхом через перехідний отвір до внутрішнього шару.

Цей тип конструкції із заземленням на зовнішніх шарах і низькоомним з'єднанням із землею безпосередньо за допомогою доріжок безумовно є найбезпечнішою конструкцією з погляду електромагнітних завад та електростатичного розряду. При необхідності він також добре масштабується до більшої кількості кіл.

Щоб усунути проблему перехресних завад, розгляньте можливість інвертування цього стека, як показано нижче.

Stackup #2: SIG+PWR/GND/GND/SIG+PWR

На мій погляд, цей стек є кращим, особливо для будь-якої плати, де високошвидкісні сигнали повинні передаватися між двома поверхневими шарами плати.

Цей стек є просто інверсією попереднього стека. Однак його функція інша, і вона не обов'язково призначена для забезпечення високої ізоляції від зовнішніх джерел шуму. Натомість це найкращий варіант для систем, яким потрібні високошвидкісні компоненти та розведення на обох сторонах плати. Також легко спроектувати цей чотиришаровий блок для контрольованого імпедансу 50 Ом. На фінальному етапі обов'язково з'єднайте площини GND з перехідними отворами поряд із місцем переходу сигналу.

Компромісом цього стека є більш низьке екранування сигналів в зовнішньому шарі. Сигнали з кожного боку плати екрановані один від одного, але з зовнішніх джерел випромінювання.

Чому розглянуті вище стеки найкраще підходять для несиметричних високошвидкісних сигналів

Стандартний стек SIG/PWR/GND/SIG для 4-шарової плати, як і раніше, підходить для високої швидкості, але ви можете надійно підтримувати цифрову передачу від середньої до високої швидкості тільки на одній стороні плати. Це повязано з парою шарів SIG/GND, яка ідеально підходить для цифрових сигналів; сигнальний рівень, що примикає до шару GND, є шаром, який слід використовувати для цифрових технологій з таких причин:

• Контрольований імпеданс: близька відстань між шаром GND та шаром SIG дозволяє визначати несиметричні доріжки з контрольованим імпедансом до 50 Ом (або іншого імпедансу), не роблячи доріжки надмірно широкими.
• Екранування: стек SIG+PWR/GND/GND/SIG+PWR матиме найвищий захист від внутрішнього шуму та міжрівневих перехресних перешкод, тоді як інверсний стек матиме найвищий захист від зовнішнього шуму, але при неправильній маршрутизації матиме внутрішні перехресні завади.
• Чіткий зворотний шлях: зворотний шлях з ємнісним зв'язком має низький імпеданс, оскільки він збуджується безпосередньо в шарі, що заземлює. Порівняйте це з парою шарів SIG/PWR, яка є зворотним шляхом з високим імпедансом або з дуже великою петлею зворотного струму, що генерує електромагнітні завади.

Основна причина, через яку ви побачите аргументи на користь використання одного з цих альтернативних стеків, - це остання точка в цьому списку, де необхідно вказати зворотний шлях. Зворотний шлях, що виникає в площині потужності, є непередбачуваним і може бути дуже великим.

Щоб спробувати зменшити площу контуру та опір зворотного шляху для цифрових сигналів, одним із способів може бути нанесення мідної заливки на поверхневий шар навколо ваших доріжок над площиною живлення. Однак ємнісний зв'язок між трасою і сигналом може бути слабким, і немає жодної гарантії значного зниження електромагнітних завад.

Хоча у вас є лише один ідеальний рівень для цифрових сигналів, а не два, стандартний стек SIG/PWR/GND/SIG має й інші переваги. Використовуючи виділену площину живлення, ви все одно можете пропускати вищий струм, ніж при використанні мідної заливки, яка використовується для маршрутизації живлення. Задній шар можна використовувати для розміщення багатьох інших компонентів, таких як роз'єми або пасивні компоненти.

Важливий висновок щодо створення стандартної 4-шарової конструкції стека, особливо щодо розміщення живлення на 4-шаровій платі, полягає в наступному: включення виділеного шару живлення не призведе до автоматичного провалу вашої конструкції під час тестування на ЕМС. Однак не думайте, що ви можете маршрутизувати цифрові сигнали так, як захочете тільки тому, що ви маршрутизуєте їх по єдиній площині потужності. Набагато важливіше зрозуміти, як шлях назад поширюється в площині живлення і як він з'єднується із землею через зворотний шлях з високим імпедансом.

Незалежно від того, який чотиришаровий стек друкованої плати ви хочете створити, прості у використанні інструменти проектування в CircuitMaker допоможуть вам швидко налаштувати стек та створити розведення друкованої плати. Всі користувачі Altium Designer можуть створювати схеми, макети друкованих плат та виробничу документацію, необхідну для переходу від ідеї до виробництва за допомогою інструментів CircuitMaker. Розробники також мають доступ до особистого робочого простору на платформі Altium 365, де вони можуть завантажувати та зберігати проектні дані у хмарі, а також легко переглядати проекти через веб-браузер на захищеній платформі.

Почніть використовувати CircuitMaker сьогодні та стежте за оновленнями нового CircuitMaker Pro від Altium.

Джерело: https://resources.altium.com/p/two-alternative-4-layer-pcb-stackups-50-o...

Softprom — дистриб'ютор Altium.