4 层 PCB 堆叠 - (信号、信号、电源、接地)

电器工程 电路板 地面 电磁兼容 pcb层
2022-01-12 14:34:28

我为一个项目开发了一块电路板,而将把它组装成一个可插拔模块的公司刚刚问了我一个奇怪的修改。

目前它是一个4 层板:顶部信号、接地、电源、底部信号。很标准。

他们要我用底部信号层交换地平面通过这种方式,它们可以很容易地将机械外壳(具有大散热器)与带有薄石墨层的接地层接触。它们旨在改善一些已通过组件裸露焊盘与接地层接触的关键组件的散热。

我试图弄清楚这是否是一个坏主意。以下是我的考虑:

  1. 板子里走的信号不是HF,最多10MHz,板子里没有方波时钟。
  2. 一些信号的最快边沿具有几 um 的建立时间,并通过来自不同电路板的连接器,因此它们可能已经被连接器寄生电容过滤。
  3. 让参考层远离信号层对于返回路径来说似乎是个坏主意。更好的堆栈可能是:(顶部信号、电源、信号、接地)。
  4. 另一方面,增加那些关键组件(一些噪声非常低的 TIA)与参考平面的距离会降低寄生输入电容(目前约为 0.5pF),从而降低 TIA 配置的输出噪声。

你有什么想法?


对您的评论的一些回答:

是否可以只在底层添加多边形浇注?

可能是这样,但是在一个区域中有一堆信号无法重新路由。由于石墨是导电的,我只能依靠阻焊层来避免短路,过孔上的隔离可能是个问题(我不能使用帐篷过孔)。

信号层是否被接地淹没?

目前没有。主要是为了减少 TIA 对地的输入电容,但有些区域我绝对可以填充。

热元件可以移动到 PCB 的底部吗?

不,由于其他装配和布线限制,它们必须位于顶层。

他们真的关心电源层在哪里,还是他们只想要底部的地面?

他们只是要求地面在底部。这就是我考虑替代堆栈(顶部信号、电源、信号、接地)的原因。

石墨是导电的。如果您的通孔没有完全覆盖/填充,您将陷入一个充满问题的世界。

我也非常担心这一点。此外,如果我没有完全清除信号迹线的区域,我只是依靠阻焊层提供的隔离,这很容易被划伤。

2个回答

如果出现以下情况,不同的 PCB 配置将无关紧要:

1) 将电容从地更改为给定平面并不重要。(以及传输线效应)。将接地层放在中间很“方便”,因为您为大多数接地层提供了一个小的寄生电容到接地层。通过将接地层发送到底层,接地层的电容从顶部的信号层增加。PCB 走线的电感会随着距离地面的距离增加而增加,这主要影响高速电路。

在此处输入图像描述 图来自 Henry W Ott 的电磁兼容性工程

2) 保留返回电流,记住地平面承载返回电流。如果交换平面,如果将地平面移到顶层,则不要在地平面中放置插槽。这将改变接地层的性能,并可能给您带来更多的 EMI 问题和共模问题,因为返回电流必须“围绕”接地层的插槽运行。 在此处输入图像描述

如果您没有高速要求或其他具有噪声要求的敏感模拟电路,那么在您的情况下,这听起来并不难。如果您确实有敏感电路,则可能需要更具创意的布局。

这是有关常规堆叠的好读物

意识到还有其他热管理选项,例如切换到重量更高的铜或散热器。在某些情况下,电源层也可用于热管理,或者如果您有多个层的空间,请尽可能多地使用层。我过去使用过多层,但我没有严格的焊接要求。

保持两个连续的信号层不是一个好主意。因为,它会在信号线中产生串扰/干扰。

在最坏的情况下,如果要放置连续的信号层,则应将信号线彼此垂直放置在这些层中。