Frage zum richtigen Leiterplattenaufbau

Ich habe eine Frage zum Stapeln von 4-Lagen-Leiterplatten.

Mein Design ist ziemlich einfach, aber aufgrund vieler Verbindungen rund um PCB konnte es nicht mit 2-Layer-PCB hergestellt werden, deshalb habe ich mich für 4-Layer-Board entschieden.

Meine Platine ist 1,6 mm dick, mit 1 Unze Kupfer auf allen Schichten (inkl. Einbauten).

Ich verwende die 1. Schicht als Strom- / Signalschicht mit einigen lokalen Erdungsschichten, die mit mehreren Durchkontaktierungen mit der inneren Erdungsebene verbunden sind (die 2. Schicht // und die gesamte 2. Schicht ist eine große Erdungsschicht ohne Schlitze [exkl. Durchkontaktierungen ]).

Die Frage ist, sollte ich die 3. Schicht als Strom/Signal und die 4. als großen Grundguss verwenden? Oder sollte ich es tauschen und die 3. Schicht als GND und die 4. als Signal / Leistung machen.

Aufgrund vieler Verbindungen ist es nicht möglich, nur Stromspuren auf der 3. Schicht und Signale auf der 4. zu platzieren, da es hier und da einige Steckplätze geben wird und dies meine aktuelle Schleife viel länger machen wird. Deshalb habe ich Strom und Signal auf einer Schicht kombiniert. Aus mechanischer Sicht liegen 1. und 2. Schicht nebeneinander, ebenso 3. und 4. Schicht.

Ich bin sehr gespannt, welche Option für mich besser sein könnte - ich hoffe, einige von euch könnten helfen ;)

PS: Alle Komponenten-Pads befinden sich auf der 1. Schicht, es gibt keine MCUs oder andere Hochgeschwindigkeitssignale wie Uhren usw. PCB ist hauptsächlich mit Leistungs-ICs wie Supervisoren, LDOs und einigen Audio-Sachen belegt.

Dies ist nicht der häufig verwendete 4-Schicht-Aufbau, was für mich bedeutet, dass es eine ganze Reihe von Hinweisen und Hilfen gibt, von denen Sie wahrscheinlich profitieren könnten. Obwohl dies als SE:EE-Antwort nicht akzeptabel ist, lesen Sie das PCB-Tutorial des EEVBlog-Typen: alternatezone.com/electronics/files/PCBDesignTutorialRevA.pdf
Technisch - es ist ziemlich typisch für mich;) 1. ist Signal / Leistung, was für SMD-Teile normal ist, die sich oben auf der Leiterplatte befinden. Die 2. ist die Masse-/Referenzebene ohne Schlitze (ohne Durchkontaktierungsabstand). 3. könnte eine andere Erdungs- / Referenzebene sein, 4. ist Signal / Stromversorgung. Die Frage war, sollte ich die 3. und 4. Schicht tauschen, und wenn ja, weiß ich nur, warum ich das tun sollte;) Ich werde nicht eine ganze Schicht für die Stromversorgung verwenden - stattdessen davon habe ich sehr breite Spuren für die Macht ausgewählt. Ich habe meine Leiterplatte unter Berücksichtigung einiger Punkte entworfen, wie z. B. das Herstellen von Signal / Leistung neben der Referenzebene ohne Schlitze, die diese Spuren kreuzen könnten.
Ich will absolut nicht sagen, dass der Stack falsch ist. Ob ein Stack funktioniert, hängt ganz von Ihrem Design und Ihren Produktanforderungen ab. Der "typische" 4L-Stack ist von oben nach unten: Signal-GND-Powers-Signal. Wir können Ihnen bei einer Implementierung besser helfen, wenn Sie sie veröffentlichen möchten.
Ich habe versucht, Ihren Stapel zu erstellen, aber aufgrund der vielen Slots habe ich mich entschieden, diese Idee aufzugeben. Wenn die 3. Schicht von Stromspuren oder Güssen belegt war, kamen die restlichen Signale von oben nach unten - und damit konnte ich leben, mit Ausnahme der Schlitze, die ich beim Partitionieren der Stromschicht gemacht habe :( Also entscheide ich mich, Strom und Signal zu einer Schicht zu kombinieren - Aus diesem Grund habe ich die Möglichkeit, eine interne oder externe Ebene als Referenz- / Masseebene ohne Ausschnitte / Schlitze zu verwenden. Ich versuche nur, ein bisschen mehr über Stapel und mögliche Vorteile zu erfahren;) Trotzdem danke für deine Hilfe ,
Nun, ich werde das sagen, es sei denn, Sie versuchen, ein wahnsinnig hohes SNR oder hohe Taktraten (GHz) zu erreichen, es klingt nicht so, als müssten Sie sich um den Stapel sorgen. Je nachdem, was Sie unter "Power-ICs" verstehen, benötigen Sie möglicherweise dickere Schichten. Sobald Sie ein Design erstellt haben, können Sie es jederzeit posten und wir können jedoch Einzelheiten besprechen.
Ich entwerfe ausreichend breite Leiterbahnen für meine Spannungsregler (meistens Typen mit mittlerem oder niedrigem Strom). Mein Design ist fertig, als letztes muss ich das richtige Layout der 3. und 4. Ebene auswählen.
Der Hauptgrund, warum ich Signal-Power-Signal-GND als Stapel haben könnte, wäre, wenn Sie ICs haben, die Wärme durch ihre GND-Pads ableiten. Andernfalls wird das Debuggen viel einfacher, wenn Sie die Stromversorgung in den inneren Schichten halten (aber platzieren Sie ein paar Stellen, an denen Sie die GND-Clips von Ihrem Oszilloskop anschließen können - das war das ärgerlichste Versehen auf meinem ersten Board).
Ich habe einige ICs, die Wärme durch Vias zur GND-Ebene leiten - also fungiert es als Kühlkörper, der in meinem Design erforderlich ist. Debugging ist in diesem Fall nicht erforderlich, da ich dieses Design bereits früher getestet habe und es gut funktioniert, deshalb könnte ich im Stapelspiel etwas ungewöhnlich werden. Meine einzige Sorge hier ist, die 3. Schicht als GND / REF-Ebene und die 4. als PWR / SIG zu verwenden oder sie zu ersetzen. Technisch gesehen steht in beiden Fällen eine benachbarte Bezugsebene für SIG/PWR-Spuren zur Verfügung.
Denken Sie daran, dass interne Leiterbahnen im Wesentlichen durch das Laminat isoliert sind und daher Wärme nicht so gut abführen können wie externe Leiterbahnen. Zur Validierung stehen viele Online-Rechner zur Verfügung.
@rdtsc das ist hier kein Thema ;)
Ich verstehe dein Problem wirklich nicht. Wenn Strom auf Schicht 3 zu viele Steckplätze erzeugt, wie wird das dann behoben, wenn sowohl Strom als auch Signal auf L3 vorhanden sind? Es bedeutet nur mehr Slots. Möglicherweise würden einige Bilder Ihres bisher besten Designs zur Verdeutlichung beitragen.

Antworten (4)

Ich würde damit gehen:

  1. Signal - Macht
  2. Boden
  3. Stromverteilung & Masse
  4. Signal - Macht

Das Signal oben ist offensichtlich, es gilt, Durchkontaktierungen so weit wie möglich zu vermeiden.

Der Boden auf Schicht 2 ist ebenfalls offensichtlich.

Normalerweise verwende ich Layer 3 für die Stromverteilung, es hilft eine Tonne, die Signalschicht so sauber wie möglich zu halten, und ermöglicht ein optimales Routing von Stromspuren.

Ich versuche, innere Signalspuren zu vermeiden, das macht das Debuggen und Nacharbeiten viel schwieriger als nötig, also ist Layer 4 für Signale.

Das kann ich nicht. Wenn ich Strom und Signal von Schicht 3 auf 3 und 4 aufteile, gibt es viele Steckplätze auf der 3. Schicht. Es gibt keine logische Möglichkeit, sie mit Kupfer zu füllen oder Leiterbahnen zu verlegen, ohne Steckplätze für die Stromrückgabe für die 4. Schicht (Signal) zu erstellen. Ich habe eine Idee, wie wäre es mit Signal / Leistung auf der 1. Ebene, 2. und 3. werden REF / GND sein und 4. wird Signal / Leistung sein. Aber ich könnte vergrabene Durchkontaktierungen verwenden, um innere Schichten miteinander zu verbinden.
Sie können Ebene 3 mit Grund- oder Referenzebene füllen, das ist ein guter Plan. Aber wenn sie nicht WIRKLICH notwendig sind, versuchen Sie, vergrabene Durchkontaktierungen zu vermeiden, da sie die Kosten Ihres Boards erhöhen (und mit Erhöhung meine ich in die Höhe schnellen).
Dies ist meine einzige Option, um eine benachbarte Ebene für Signal / Leistung ohne Steckplätze zu erstellen. Ich könnte die 3. oder 4. Schicht füllen - meine Sorge hier ist, welche besser ist. Über vergrabene Durchkontaktierungen muss ich meinen Lieferanten nach Verfügbarkeit und Kosten fragen. Technisch wäre es großartig, innere Referenzebenen mit vielen dieser Durchkontaktierungen miteinander zu verbinden. Es verringert hauptsächlich die Stromschleifen für Signale, die von oben nach unten und umgekehrt geführt werden - habe ich recht?
Übrigens nehme ich an, wenn ich innere Schichten für REF / GND verwende, gibt es keinen Grund, die untere Schicht (wo Signal- und Stromspuren verlegt werden) mit GND zu füllen? Das könnte ich machen, aber die Frage ist es das wert?
@mikolaj612 Was meinst du mit Spielautomaten? Wenn Sie eine geteilte Ebene machen, sind Schlitze normal. Verlegen Sie nur keine Hochgeschwindigkeitsstrecken darüber.
Ich meine genau das, was Sie gesagt haben, ich konnte es nicht vermeiden, durch Steckplätze in meiner Split-Power-Ebene zu leiten :( Diese Signale sind sowieso nicht hochfrequent.
@ mikolaj612 Wenn es sich nicht um Hochfrequenzspuren handelt, verursacht das Routing über einen Steckplatz wahrscheinlich kein Problem.

Die Frage ist, sollte ich die 3. Schicht als Strom/Signal und die 4. als großen Grundguss verwenden? Oder sollte ich es tauschen und die 3. Schicht als GND und die 4. als Signal / Leistung machen.

Es ist normalerweise besser, einen soliden GND auf eine der inneren Schichten zu legen.

1) Es ermöglicht eine schöne Masseebene und erzeugt eine kleine Kapazität zwischen den Spuren auf der äußeren Schicht, was für Hochgeschwindigkeitssignale und Übertragungsleitungen gut ist. 2) Eine solide Erdung reduziert das Gleichtaktrauschen von Rückströmen. Wenn Sie ein Leiterbahnnetz betreiben, könnte der Widerstand in den Leiterbahnen ein Spannungsrauschen durch Schaltstrom oder große Ströme erzeugen. Aus diesem Grund verwenden wir eine schöne große feste Ebene, die den Widerstand zwischen allen daran angeschlossenen Komponenten senkt.

Es ist auch eine gute Idee, große Spuren für die Stromversorgung zu haben, um Widerstand und Induktivität zu reduzieren. Eine bessere Idee ist, Flugzeuge zu haben.

Es liegt wirklich an Ihnen, wie die Schichten verlaufen und welche Art von Design es ist. Der beste Weg ist, einen PCB-Leiterbahnrechner zu verwenden, um Ihnen eine Vorstellung davon zu geben, wie hoch der Widerstand und die Induktivität des PCB-Kupfers sind.

Einige Designs müssen eine Abschirmung verwenden und außen Masse und innen Strom und Signal verwenden.

Der typische Stapel sieht so aus:

1) Signal
2) Masse
3) Leistung\Signal\Masse
4) Leistung\Signal

Meine Möglichkeiten sind: Signal der 1. Schicht und einige Leistungsspuren, 2. Schicht ganz mit GND gefüllt, 3. Schicht könnte Leistung und Signal kombinieren (Rest der Signale, die nicht oben geroutet werden konnten), 4. Schicht ist dann als Referenz verfügbar, aber ich könnte man optional tauschen. Technisch gesehen könnte ich Stromspuren auf der 3. Ebene verlegen und den Restraum mit GND füllen (da der meiste Raum sowieso leer sein wird). Dann ist die 4. Ebene nur für Signale verfügbar. Schwer zu sagen, welche die beste Option ist.

Es ist nicht möglich, nur Stromspuren auf der 3. Schicht und Signale auf der 4. Schicht zu platzieren, da es hier und da einige Steckplätze geben wird und dies meine aktuelle Schleife viel länger machen wird.

Versuche dies:

1 : Komponenten, kurze Spuren (z. B. 10 mm oder weniger)

2 : Leistung

3 : Masse

4 : Spuren beliebiger Länge

Durch die Verwendung von 1 und 4 als Spurenschichten; und 2 und 3 als ebene Schichten machen Sie einen symmetrischen Stapel, der weniger anfällig für Verwerfungen ist.

Indem Sie Ihren Boden auf Schicht 3 und lange Spuren auf 4 legen, vermeiden Sie das Verlegen langer Spuren über die Steckplätze in Ihrer Stromversorgungsebene.

Indem Sie Schicht 1 auf kurze Leiterbahnen beschränken, vermeiden Sie das Verlegen langer Leiterbahnen über die Steckplätze in der Stromversorgungsebene. In jedem Fall ist es oft schwierig, lange Leiterbahnen auf Layer 1 zu routen, da Komponenten im Weg sind.

In diesem Schema können "Leiterbahnen" sowohl Signal- als auch Leistungsführung umfassen, aber natürlich möchten Sie die Verwendung von Leiterbahnen für die Stromversorgung minimieren, um die Induktivität niedrig zu halten.

Ich benutze beides

  1. Signal
  2. Masse
  3. Leistung
  4. Signal

denn das gibt mir einen leichteren Zugriff auf Signalspuren für Nacharbeiten und Fehlersuche und vereinfacht das Routing, oder

  1. Signal
  2. Leistung
  3. Signal
  4. Masse

wenn ich entweder viele thermische Durchkontaktierungen habe (die bei den meisten Komponenten mit einem GND-Pad verbunden sind) oder viele impedanzgesteuerte Signale (weil ich sie ein klein wenig enger packen kann, wenn sie zwischen zwei Ebenen liegen).

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