Explicación detallada de la estructura laminada de PCB multicapa (4)

4 diseño de capa eléctrica interna


Una ventaja muy importante de las placas multicapa sobre las placas ordinarias de doble capa y las placas de una sola capa es que las líneas de señal y la potencia se pueden distribuir en diferentes capas de placa, mejorando el aislamiento de la señal y el rendimiento antiinterferente. La capa eléctrica interna es una capa de película de cobre. La película de cobre se divide en varias áreas aisladas. La película de cobre en cada área está conectada a una fuente de alimentación específica o tierra a través de una vía, lo que simplifica el enrutamiento de las redes de energía y tierra. Al mismo tiempo, la resistencia interna de la fuente de alimentación puede reducirse efectivamente.


4.1 Configuraciones relacionadas para el diseño interno de la capa eléctrica


La capa eléctrica interna suele ser una pieza entera de película de cobre. Cuando la almohadilla con el mismo nombre de red que la película de cobre pasa a través de la capa eléctrica interna, el sistema la conectará automáticamente a la película de cobre. La forma de conexión de las almohadillas / vías a la capa eléctrica interna y el espaciado seguro de la película de cobre y otras almohadillas que no pertenecen a la red se pueden configurar en la opción Power Plane Clearance. Seleccione el comando [Diseño] / [Reglas ...] y haga clic en la opción Fabricación. Las opciones Power Clearance Clearance y Power Plane Connect Style están relacionadas con la capa eléctrica interna, y su contenido se describe a continuación.


(1) Despeje del plano de potencia


Esta regla se utiliza para establecer la distancia segura de la capa eléctrica interna, que se refiere principalmente a la distancia segura de las almohadillas y vías que no tienen conexión de red a la capa eléctrica interna y la capa eléctrica interna. En el momento de la fabricación, la película de cobre que rodea las almohadillas que no tienen conexión de red a la capa eléctrica interna se corroerá al pasar a través de la capa eléctrica interna. El tamaño del anillo corroído es el valor establecido en la restricción.


(2) Estilo de conexión del plano de alimentación


Esta regla se usa para establecer la forma de almohadillas y capas eléctricas internas. Se refiere principalmente a la forma en que las almohadillas y las vías conectadas a la capa eléctrica interna están conectadas a la capa eléctrica interna.


Haga clic en el botón Propiedades para abrir el cuadro de diálogo de configuración de reglas. El lado izquierdo del cuadro de diálogo es el alcance aplicable de la regla. Puede elegir el método de conexión en la lista desplegable Atributos de regla en el lado derecho: Relief Connect, Direct Connect y No connect. Conexión directa significa conexión directa. Cuando la almohadilla pasa a través de la capa eléctrica interna, la película de cobre circundante no se corroe y la almohadilla se conecta directamente a la película de cobre interna de la capa eléctrica. Los discos no se conectarán a la capa eléctrica interna; los diseñadores generalmente usan la conexión Relief Connect predeterminada del sistema.


Esta forma de conexión de la almohadilla está conectada a la capa eléctrica interna a través de la extensión del conductor y el espacio de aislamiento. El ancho de la salida del conductor se establece en la opción Ancho del conductor; el número de salidas de conductores se selecciona en la opción Conductor, que puede ser 2 o 4; El ancho de la extensión del conductor se establece en la configuración; El ancho del espacio de aislamiento se establece en la opción Air-Gap.


4.2 Método interno de segmentación de la capa eléctrica


En las secciones anteriores de este capítulo, se ha introducido la selección de la estructura multicapa de tableros multicapa, el establecimiento de capas eléctricas internas y las configuraciones relacionadas. En esta sección, el método y los pasos para dividir las capas eléctricas internas de las placas multicapa se presentarán principalmente para referencia de los lectores.


(1) Antes de dividir la capa eléctrica interna, primero debe definir una capa eléctrica interna. Esto ya se ha introducido en los capítulos anteriores y no se repetirá aquí. Seleccione el comando [Diseño] / [Dividir planos ...] para abrir el cuadro de diálogo de división de la capa interna. La columna actual de planos divididos en este cuadro de diálogo se refiere al área donde se ha dividido la capa eléctrica interna. En este ejemplo, la capa eléctrica interna no se ha dividido, por lo que la columna de planos divididos actuales está en blanco. Los botones Agregar, Editar y Eliminar debajo de la columna de planos divididos actuales se utilizan para agregar nuevas zonas de energía, editar la red seleccionada y eliminar la red seleccionada, respectivamente. La opción Mostrar vista de plano dividido seleccionado debajo del botón se usa para establecer si se muestra el diagrama esquemático del área dividida de la capa eléctrica interna seleccionada actualmente. Si se selecciona esta opción, se mostrará una miniatura del área de red dividida por el área en la capa eléctrica en el cuadro debajo de ella, y los pines, almohadillas o cables con el mismo nombre que la red de capa eléctrica serán más altos en thumbnail Resalte, si no está seleccionado, no se resaltará. Mostrar la opción Net For, seleccione esta opción. Si la capa eléctrica interna se ha especificado con una red cuando se define la capa eléctrica interna, los cuadros y pines con el mismo nombre que la red se muestran en el cuadro que se encuentra sobre esta opción.


(2) Haga clic en el botón Agregar para abrir el cuadro de diálogo de configuración de división de capa eléctrica interna.

En el cuadro de diálogo, Ancho de pista se usa para establecer el ancho de línea cuando se dibuja el borde, y también es la distancia de aislamiento entre diferentes áreas de red en la misma capa eléctrica interna. Por lo tanto, el ancho de pista generalmente se configura como relativamente grande. Se recomienda a los lectores ingresar unidades al ingresar valores. Si ingresa solo números y ninguna unidad aquí, el sistema establecerá de manera predeterminada las unidades en el editor de PCB actual.


La opción Capa se usa para establecer la capa eléctrica interna para la división especificada. Aquí puede seleccionar la capa eléctrica interna para Energía y GND. Hay varios niveles de voltaje en este ejemplo, por lo que la capa eléctrica interna de energía debe dividirse para proporcionar diferentes niveles de voltaje para los componentes.


La opción Conectar a red se utiliza para especificar la red a la que está conectada el área dividida. La capa eléctrica interna generalmente se usa para el diseño de las redes de energía y tierra, pero puede ver en la lista desplegable Conectar a la red que puede conectar toda la red de la capa interna a la red de señal para la transmisión de señal, pero El diseñador general no maneja esto. . El voltaje y la corriente de la señal requeridos por la señal son débiles, y los cables deben ser pequeños, mientras que la corriente de la fuente de alimentación es grande y se requiere una resistencia interna equivalente más pequeña. Por lo tanto, la señal general se enruta en la capa de señal, y la capa eléctrica interna se dedica a las conexiones de red eléctrica y de tierra.


(3) Haga clic en el botón Aceptar en el cuadro de diálogo de configuración de división de capa eléctrica interna para ingresar al estado de dibujo del borde del área de red.


Al dibujar el borde de la capa eléctrica interna, el usuario generalmente oculta la información de otras capas y solo muestra la capa eléctrica interna actualmente editada para facilitar el dibujo del borde. Seleccione el comando [Herramientas] / [Preferencias ...]. Seleccione la opción Mostrar y seleccione la casilla de verificación Modo de capa única. De esta forma, todas las capas, excepto la capa de trabajo actual Power, están ocultas.


Al dividir la capa eléctrica interna, dado que el área dividida incluye todos los pines y almohadillas de la red, los usuarios generalmente necesitan conocer la distribución de pines y almohadillas con el mismo nombre que la red de alimentación para realizar la división. Seleccione la red VCC en la herramienta Examinar PCB a la izquierda y haga clic en el botón Seleccionar para resaltar la red.


Después de seleccionar y seleccionar la red VCC, los pads y pines etiquetados como VCC de la red se comparan con los pads y pines etiquetados de otras redes.


Después de seleccionar estos pads de red con el mismo nombre, puede incluir estos pads en el área dividida al dibujar el límite. En este momento, estas redes de suministro de energía se pueden conectar a la capa eléctrica interna directamente a través de las almohadillas en lugar de conectarse a través de la capa de señal.


(4) Dibuje el área interna de segmentación de la capa eléctrica.


Seleccione el comando [Diseño] / [Dividir planos ...] para abrir el cuadro de diálogo interno de división de capa eléctrica, y haga clic en el botón Agregar para abrir el cuadro de diálogo interno de configuración de división de capa eléctrica. Primero seleccione la red de 12V y haga clic en el botón Aceptar. El cursor cambiará a una forma de cruz. En este momento, el trabajo de división puede iniciarse en la capa eléctrica interna.


Al dibujar la línea del borde, puede presionar "Mayús + barra espaciadora" para cambiar la forma de la esquina del trazado, o puede presionar la tecla Tab para cambiar las propiedades de la capa eléctrica interna. Después de dibujar un área cerrada (el punto inicial y el punto final coinciden), el sistema abre automáticamente el cuadro de diálogo interno de segmentación de la capa eléctrica. En este cuadro de diálogo, puede ver una región que se ha dividido y mostrado en la interfaz de edición de PCB.


Después de agregar la capa eléctrica interna, amplíe una almohadilla de 12V y podrá ver que la almohadilla no está conectada al cable, pero aparece un signo "+" en la almohadilla, que indica que la almohadilla ya está conectada a la corriente eléctrica interna. conexión de capa.


Cambie la capa de trabajo actual a la capa Power, y podrá ver el estado de conexión de este pad en la capa eléctrica interna. Como la capa eléctrica interna suele ser una pieza completa de película de cobre, la parte que se muestra alrededor de la almohadilla se corroerá durante el proceso de fabricación. Se puede ver que GND y la capa eléctrica interna están aisladas.


Después de agregar el área de 12 V a la capa de energía interna, se pueden agregar otras redes de acuerdo con las necesidades reales, es decir, toda la capa de energía interna de energía se divide en varias áreas aisladas diferentes, y cada área se conecta a una red de energía diferente.


Después de dividir la capa eléctrica interna, puede editar y eliminar la red de capa eléctrica interna colocada en el cuadro de diálogo. Haga clic en el botón Editar para abrir el cuadro de diálogo de propiedades de la capa eléctrica interna. En este cuadro de diálogo, puede modificar el ancho de la línea del límite, el nivel de la capa eléctrica interna y la red conectada, pero no puede modificar la forma del límite. Si no está satisfecho con la dirección y la forma del límite, solo puede hacer clic en el botón Eliminar para volver a dibujar el límite; o seleccione el comando [Editar] / [Mover] / [Dividir vértices del plano] para modificar las líneas de límite de la capa eléctrica interna. Mueva las asas en el borde para cambiar la forma del borde. Después de terminar, haga clic en el botón Sí en el cuadro de diálogo de confirmación emergente para completar el redibujo.


4.3 Principios básicos de la segmentación interna de la capa eléctrica


Una vez completada la división de la capa eléctrica interna, esta sección presenta varios problemas que requieren atención en la división de la capa eléctrica interna.


(1) Al dibujar los límites de diferentes áreas de red en la misma capa eléctrica interna, las líneas de límite de estas áreas pueden superponerse entre sí, que también es un método de uso común. Porque en el proceso de fabricación de la PCB, el límite es la parte de la película de cobre que necesita ser corroída, es decir, un espacio de aislamiento separa las películas de cobre de las diferentes etiquetas de red. De esta manera, el área de la película de cobre de la capa eléctrica interna se puede utilizar completamente sin causar conflictos de aislamiento eléctrico.


(2) Al dibujar el límite, trate de no dejar que la línea del límite pase a través de las almohadillas del área que se va a conectar. Debido a que el límite es la parte de la película de cobre que necesita ser corroída durante el proceso de fabricación de la PCB, puede haber problemas con la conexión entre la almohadilla y la capa eléctrica interna debido al proceso de fabricación. Por lo tanto, intente asegurarse de que el borde no pase a través de los pads con el mismo nombre de red al diseñar la PCB.


(3) Al dibujar el límite de la capa eléctrica interna, si es imposible incluir todos los pads de la misma red debido a razones objetivas, estos pads también se pueden conectar mediante el enrutamiento de la capa de señal. Sin embargo, en aplicaciones prácticas de placas multicapa, esta situación debe evitarse tanto como sea posible. Porque si estas almohadillas están conectadas a la capa eléctrica interna mediante el enrutamiento de la capa de señal, es equivalente a conectar una resistencia mayor (resistencia de cableado de la capa de señal) y una resistencia menor (resistencia de película de cobre de la capa eléctrica interna) en serie. La ventaja importante de usar una placa multicapa es que la película de cobre de área grande se usa para conectar la fuente de alimentación y la tierra para reducir efectivamente la impedancia de la línea, reducir el cambio de potencial de tierra causado por la resistencia de tierra de la PCB y mejorar el anti rendimiento de interferencia. Por lo tanto, en el diseño real, se debe evitar conectar la red de energía a través de cables.


(4) La red de tierra y la red de suministro de energía se distribuyen en diferentes capas eléctricas internas para lograr un mejor aislamiento eléctrico y efectos antiinterferentes.


(5) Para los componentes SMD, se pueden colocar almohadillas o vías en los pines para conectarlos a la capa eléctrica interna, o se puede extraer un cable corto de los pines (los cables deben ser lo más cortos posible para reducir la impedancia de la línea), y Coloque almohadillas y vías en los extremos de los cables para conectar.


(6) Acerca de la colocación de condensadores de desacoplamiento. Como se mencionó anteriormente, se debe colocar un condensador de desacoplamiento de 0.01μF cerca del chip. Para chips de fuente de alimentación, también se debe colocar un condensador de filtro de 10F o más para filtrar la interferencia de alta frecuencia y la ondulación en el circuito y usarlo. Posiblemente se conectan cables cortos a los pines del chip y luego a la capa eléctrica interna a través de los pads.


(7) Si no necesita dividir la capa eléctrica interna, puede seleccionar directamente para conectarse a la red en el cuadro de diálogo de propiedades de la capa eléctrica interna, y la herramienta interna de división de capa eléctrica ya no es necesaria.