En général, il existe deux règles principales pour la conception laminée :
1. Chaque couche de routage doit avoir une couche de référence adjacente (alimentation ou formation) ;
2. La couche d'alimentation principale adjacente et la terre doivent être maintenues à une distance minimale pour fournir une grande capacité de couplage ;
Voici un exemple d’une pile de deux à huit couches :
A. Carte PCB simple face et carte PCB double face laminées
Pour deux couches, comme le nombre de couches est faible, il n'y a pas de problème de laminage. Le contrôle du rayonnement EMI est principalement pris en compte à partir du câblage et de la disposition ;
La compatibilité électromagnétique des plaques monocouches et bicouches devient de plus en plus importante. Ce phénomène s'explique principalement par une surface de boucle de signal trop importante, ce qui produit non seulement un fort rayonnement électromagnétique, mais rend également le circuit sensible aux interférences externes. Le moyen le plus simple d'améliorer la compatibilité électromagnétique d'une ligne est de réduire la surface de boucle d'un signal critique.
Signal critique : Du point de vue de la compatibilité électromagnétique, un signal critique désigne principalement un signal produisant un fort rayonnement et étant sensible au monde extérieur. Les signaux susceptibles de produire un fort rayonnement sont généralement des signaux périodiques, tels que les signaux faibles d'horloges ou d'adresses. Les signaux sensibles aux interférences sont ceux présentant de faibles niveaux de signaux analogiques.
Les plaques monocouches et doubles couches sont généralement utilisées dans les conceptions de simulation basse fréquence inférieures à 10 kHz :
1) Acheminer les câbles d’alimentation sur une même couche de manière radiale, et minimiser la somme des longueurs des lignes ;
2) Lorsque le câble d'alimentation et le câble de terre sont proches l'un de l'autre, placez un câble de terre le plus près possible du câble de signal principal. Cela réduit la surface de la boucle et la sensibilité du rayonnement en mode différentiel aux interférences externes. Lorsqu'un câble de terre est ajouté à côté du câble de signal, le circuit de plus petite surface est formé, et le courant de signal doit être acheminé par ce circuit plutôt que par l'autre chemin de terre.
3) S'il s'agit d'un circuit imprimé double couche, un fil de terre peut être placé de l'autre côté, près de la ligne de signal située en dessous. Le long de cette ligne, un fil de terre peut être placé le plus large possible. La surface du circuit résultant est égale à l'épaisseur du circuit imprimé multipliée par la longueur de la ligne de signal.
B.Lamination de quatre couches
1. Sig-terre (PWR)-PWR (GND)-SIG ;
2. MASSE-SIG(ALIMENTATION)-SIG(ALIMENTATION)-MASSE ;
Pour ces deux conceptions laminées, le problème potentiel réside dans l'épaisseur traditionnelle des plaques de 1,6 mm (62 mil). L'espacement entre les couches devient important, ce qui favorise non seulement le contrôle de l'impédance, le couplage intercouche et le blindage, mais aussi la réduction de la capacité des plaques. En particulier, l'espacement important entre les couches d'alimentation réduit la capacité des plaques et nuit au filtrage du bruit.
Le premier schéma est généralement utilisé en cas de grand nombre de puces sur la carte. Ce schéma permet d'obtenir de meilleures performances SI, mais les performances EMI sont moins bonnes, principalement contrôlées par le câblage et d'autres détails. Attention : la formation est placée dans la couche de signal la plus dense, favorisant l'absorption et la suppression du rayonnement ; la surface de la plaque doit être augmentée pour respecter la règle 20H.
Le deuxième schéma est généralement utilisé lorsque la densité de puces sur la carte est suffisamment faible et que la surface autour de la puce est suffisante pour placer le revêtement de cuivre d'alimentation requis. Dans ce schéma, la couche externe du circuit imprimé est entièrement stratifiée, les deux couches intermédiaires étant destinées à la couche de signal/alimentation. L'alimentation sur la couche de signal est acheminée par un câble large, ce qui permet de réduire l'impédance du circuit d'alimentation et celle du circuit microruban du signal, tout en protégeant le signal interne du rayonnement à travers la couche externe. Du point de vue du contrôle des interférences électromagnétiques, il s'agit de la meilleure structure de circuit imprimé à 4 couches disponible.
Attention : les deux couches intermédiaires du signal et la couche de mélange de puissance doivent être espacées, la ligne doit être verticale afin d'éviter la diaphonie ; la zone du panneau de commande doit être appropriée, conformément à la norme 20H ; si l'impédance des fils doit être contrôlée, les fils doivent être posés avec précaution sous les îlots de cuivre de l'alimentation et de la terre. De plus, l'alimentation ou le câblage en cuivre doivent être interconnectés autant que possible afin de garantir la connectivité CC et basse fréquence.
C.Lamination de six couches de plaques
Pour la conception de circuits imprimés à haute densité et à fréquence d'horloge élevée, il est conseillé d'opter pour une carte à six couches. La méthode de laminage est recommandée :
1.SIG-GND-SIG-ALIMENTATION-GND-SIG ;
Dans ce schéma, le procédé de laminage assure une bonne intégrité du signal. La couche de signal est adjacente à la couche de mise à la terre et la couche d'alimentation est couplée à cette dernière. L'impédance de chaque couche de routage est parfaitement contrôlée et les deux couches absorbent efficacement les lignes magnétiques. De plus, le chemin de retour de chaque couche de signal est amélioré, même en cas d'alimentation et de formation complètes.
2. GND-SIG-GND-ALIMENTATION-SIG-GND ;
Ce schéma s'applique uniquement aux cas où la densité des composants est faible. Cette couche présente tous les avantages de la couche supérieure, et le plan de masse des couches supérieure et inférieure est relativement complet, ce qui peut constituer une meilleure couche de blindage. Il est important de noter que la couche d'alimentation doit être proche de la couche qui n'est pas le plan du composant principal, car le plan inférieur sera plus complet. Par conséquent, les performances EMI sont meilleures que dans le premier schéma.
Résumé : Pour un circuit imprimé à six couches, l'espacement entre la couche d'alimentation et la masse doit être minimisé afin d'obtenir un bon couplage puissance-masse. Cependant, malgré une épaisseur de plaque de 62 mil et un espacement entre les couches réduits, il reste difficile de contrôler un espacement très faible entre la source d'alimentation principale et la couche de masse. Comparé aux deux premiers schémas, le coût de ce dernier est considérablement plus élevé. Par conséquent, nous optons généralement pour la première option lors de l'empilage. Lors de la conception, respectez les règles 20H et les règles de la couche miroir.
D.Lamination de huit couches
1. En raison de sa faible capacité d'absorption électromagnétique et de sa forte impédance, ce procédé de laminage n'est pas adapté. Sa structure est la suivante :
1. Surface du composant Signal 1, couche de câblage microruban
2.Couche de routage microruban interne du signal 2, bonne couche de routage (direction X)
3.Sol
4. Couche de routage de ligne de signal 3 Strip, bonne couche de routage (direction Y)
5. Couche de routage des câbles Signal 4
6. Puissance
7.Couche de câblage microruban interne Signal 5
8.Couche de câblage microruban Signal 6
2. Il s'agit d'une variante du troisième mode d'empilement. Grâce à l'ajout d'une couche de référence, il offre de meilleures performances EMI et permet un contrôle précis de l'impédance caractéristique de chaque couche de signal.
1. Surface du composant Signal 1, couche de câblage microruban, bonne couche de câblage
2. Couche de sol, bonne capacité d'absorption des ondes électromagnétiques
3. Couche de routage des câbles Signal 2. Bonne couche de routage des câbles.
4. La couche de puissance et les couches suivantes constituent une excellente absorption électromagnétique 5. La couche de terre
6. Signal 3 Couche de routage des câbles. Bonne couche de routage des câbles.
7. Formation de puissance, avec une grande impédance de puissance
8. Signal 4 Couche de câble microruban. Bonne couche de câble.
3, Le meilleur mode d'empilement, car l'utilisation d'un plan de référence au sol multicouche a une très bonne capacité d'absorption géomagnétique.
1. Surface du composant Signal 1, couche de câblage microruban, bonne couche de câblage
2. Couche de sol, bonne capacité d'absorption des ondes électromagnétiques
3. Couche de routage des câbles Signal 2. Bonne couche de routage des câbles.
4. La couche de puissance et les couches suivantes constituent une excellente absorption électromagnétique 5. La couche de terre
6. Signal 3 Couche de routage des câbles. Bonne couche de routage des câbles.
7. Couche de sol, meilleure capacité d'absorption des ondes électromagnétiques
8. Signal 4 Couche de câble microruban. Bonne couche de câble.
Le choix du nombre et de la manière d'utiliser les couches dépend du nombre de réseaux de signaux sur la carte, de la densité du composant, de la densité des broches, de la fréquence du signal, de la taille de la carte et de nombreux autres facteurs. Ces facteurs doivent être pris en compte. Plus le nombre de réseaux de signaux est élevé, plus la densité du composant est élevée, plus la densité des broches est élevée et plus la fréquence du signal doit être élevée autant que possible. Pour de bonnes performances EMI, il est préférable de s'assurer que chaque couche de signal possède sa propre couche de référence.
Date de publication : 26 juin 2023
