Шестишарова друкована плата може надати більше простору для трасування сигналів і розподілу живлення, ніж простіша конструкція, але сама кількість шарів не визначає, наскільки добре працюватиме плата. Важливо вирішити, як призначити ролі мідним шарам, якими шляхами повертатимуться струми критичних сигналів і чи зможе виробник виготовити та перевірити запропоновану геометрію.

Розгляньмо два концептуальні варіанти призначення ролей шарам, від верхнього L1 до нижнього L6:

S-G-S-S-G-S: чотири шари, призначені для сигналів, і два шари, призначені для землі.
S-G-S-P-G-S: три шари, призначені для сигналів, два шари, призначені для землі, і один шар, призначений для живлення.

Жоден із цих варіантів не є поперечним перерізом виготовленої плати. Призначені ролі не визначають товщину міді, відстані між шарами діелектрика, матеріал або кількість міді, що залишиться після трасування та формування зазорів. В обох варіантах можуть бути доріжки або заливки живлення; шар, призначений для сигналів, не обов’язково використовується лише для них.

Лише ролі шарів, а не фізичний поперечний переріз чи специфікація виготовлення.

Ширший огляд архітектурних рішень наведено в матеріалі проєктування структури друкованої плати.

Гіпотетичний приклад для порівняння

Припустімо, ви проєктуєте жорстку плату, яка має:

Критичні траси на обох зовнішніх шарах.
Щонайменше одну критичну трасу, яку необхідно прокласти на внутрішньому шарі.
Кілька шин живлення, які мають підходити до компонентів по всій платі.

Розміри та матеріали ще не вибрано. Ваше безпосереднє завдання — вибрати початковий варіант розташування шарів і визначити, що потрібно перевірити перед передачею даних виробнику.

Варіант 1: S-G-S-S-G-S

Шар	Концептуальна роль
L1	Сигнал
L2	Земля
L3	Сигнал
L4	Сигнал
L5	Земля
L6	Сигнал

Цей варіант дає гіпотетичному проєкту два внутрішні шари, призначені для сигналів. L3 розташований поруч із шаром землі L2, а L4 — поруч із шаром землі L5. Додаткова можливість внутрішнього трасування може бути корисною, коли зовнішні критичні траси та інші з’єднання конкурують за простір.

Внутрішні сигнальні шари також розташовані поруч один з одним. Чи буде зв’язок між трасами на L3 і L4 суттєвим, залежить від фактичної геометрії та трасування, тому перевіряйте їхнє взаємне розташування, а не припускайте, що шари землі ізолюють їх один від одного.

У цьому варіанті немає окремого шару, призначеного для живлення. Кілька шин живлення все одно потрібно розвести за допомогою відповідних мідних елементів, наприклад доріжок або заливок, з урахуванням доступного простору для трасування та електричних вимог. Ці мідні ділянки також можуть впливати на покриття опорною міддю, доступне для сусідніх сигналів.

Варіант 2: S-G-S-P-G-S

Шар	Концептуальна роль
L1	Сигнал
L2	Земля
L3	Сигнал
L4	Живлення
L5	Земля
L6	Сигнал

Цей варіант дає гіпотетичному проєкту шар, призначений для живлення, але лише один внутрішній шар, призначений для сигналів. Він може бути корисною відправною точкою, коли розподіл кількох шин живлення є важливим завданням, а L3 має достатньо місця для трасування внутрішніх сигналів.

L3 розташований між шаром землі L2 і шаром живлення L4, тому траса на L3 може мати зв’язок з обома. Не вважайте, що її опорою є виключно земля, не перевіривши фактичне розташування міді та відстані. Якщо частина зворотного струму використовує мідь живлення як опору, проєкт також потребує відповідного шляху змінного зворотного струму до землі. Організацію розподілу живлення та розв’язувальних конденсаторів необхідно розглядати як частину цього шляху.

Шар, призначений для живлення, також не обов’язково є однією суцільною площиною. Для кількох шин можуть знадобитися окремі мідні ділянки та зазори. Перевірте, як межі цих ділянок впливають на траси L3 та їхні шляхи зворотного струму.

Як вибрати варіант для цього прикладу

Почніть із розміщення відомих критичних трас, а не з оголошення одного з варіантів кращим:

Розмістіть зовнішні траси. В обох варіантах L1 прилягає до шару землі L2, а L6 — до шару землі L5. Перевірте, чи справді під кожною критичною трасою є мідь землі, зокрема біля зазорів та інших розривів.
Розмістіть внутрішню трасу. У першому варіанті розгляньте L3 відносно шару землі L2 або L4 відносно шару землі L5, також перевіривши сусідній внутрішній сигнальний шар. У другому варіанті розмістіть трасу на L3 та оцініть навколишню мідь землі L2 і мідь живлення L4.
Сплануйте шини живлення. Порівняйте необхідні для них траси та площу міді в обох варіантах. У другому варіанті перевірте запропоновані межі шин на L4; у першому — як доріжки або заливки живлення конкурують за місце із сигнальними трасами та опорною міддю.
Перевірте переходи між шарами. Коли траса переходить на інший шар, змінюється також середовище для її зворотного струму. Перевірте повний шлях навколо кожного переходу, а не лише сигнальний перехідний отвір.

Наприклад, якщо критична траса переходить з L1 на L6, її сусідній шар, призначений для землі, змінюється з L2 на L5. Запропоноване з’єднання землі поблизу переходу може допомогти забезпечити шлях зворотного струму, але його придатність залежить від фактичного розташування міді, перехідних отворів і геометрії. Так само перехід, що включає опору на живлення, потребує відповідного шляху змінного струму між цією міддю живлення та землею.

Для переходу між двома опорами на землю зобразіть сигнальне з’єднання та з’єднання землі разом:

                 signal via    ground via
L1  signal  ---------+             |
                     |             |
L2  ground  ---------|-------------+
                     |             |
L3  inner copper     |             |
                     |             |
L4  inner copper     |             |
                     |             |
L5  ground  ---------|-------------+
                     |             |
L6  signal           +---------    |

Вертикальне з’єднання землі позначає розташований поблизу металізований перехідний отвір, що з’єднує мідь L2 і L5 в одному колі землі. На схемі не показано зазори, інші шари, через які проходить отвір, або повний шлях струму. Перевірте фактичну зв’язність площин, розміщення перехідного отвору, антипади та геометрію критичного кола. Сама наявність перехідного отвору не гарантує належного шляху зворотного струму.

Кращим є той варіант, який після цих перевірок забезпечує розміщення трас і шин живлення з прикладу та має геометрію, підтверджену виробником. Сам по собі концептуальний порядок шарів не дає змоги це встановити.

Докладніше про планування мідних шарів землі та живлення див. у матеріалі проєктування землі та живлення друкованої плати. У посібнику з проєктування високошвидкісних друкованих плат розглянуто трасування та шляхи зворотного струму для критичних сигналів.

Контрольний список для кожного критичного кола

Використовуйте цей список для кожного критичного кола, зокрема для кожної його ділянки на окремому шарі:

Сигнальний шар: На якому шарі проходить траса і де вона переходить на інші шари?
Сусідня опора: З якою сусідньою міддю землі або живлення може мати зв’язок траса? Для L3 у S-G-S-P-G-S розгляньте обидва сусідні шари.
Фактичне покриття: Чи присутня відповідна мідь уздовж траси, а не просто призначена для землі або живлення?
Вирізи та межі: Чи переривають або змінюють доступну опору зазори, вирізи в міді або межі шин живлення?
Шлях зворотного струму на переході: Як може проходити зворотний струм, коли сигнал змінює шар або опорну мідь? Якщо задіяне живлення, що забезпечує шлях змінного струму до землі?
Підтверджена виробником геометрія: Чи підтверджено фактичну мідь, відстані, матеріали та виробничі допуски для запропонованої конструкції?
Перевірка: Які аналізи, перевірки або вимірювання узгоджено для кола та конструкції і хто розглядатиме результати?

Сама по собі схема шарів не дає відповіді на ці запитання.

Підтвердьте конструкцію, перш ніж остаточно визначати розміри

Надішліть вибраний варіант виробнику як початкову пропозицію. Попросіть надати структуру, яку можна виготовити, із зазначенням матеріалів, товщини плати, параметрів міді, відстаней і допусків для конкретного проєкту, а потім порівняйте отриману конструкцію з припущеннями щодо критичних кіл.

Перевірте суму товщин

У цьому арифметичному прикладі використано шість мідних шарів із номінальною товщиною 0.035 mm кожен. Він ілюструє перевірку товщини для першого варіанта призначення ролей шарам; це не стандартна конструкція APTPCB, не гарантія товщини готової плати й не розрахунок імпедансу.

Зверху вниз	Номінальна товщина (mm)
Сигнальна мідь L1	0.035
Діелектрик L1–L2	0.100
Мідь землі L2	0.035
Діелектрик L2–L3	0.200
Сигнальна мідь L3	0.035
Діелектрик L3–L4	0.500
Сигнальна мідь L4	0.035
Діелектрик L4–L5	0.200
Мідь землі L5	0.035
Діелектрик L5–L6	0.100
Сигнальна мідь L6	0.035
Номінальна загальна товщина	1.310

Розрахунок: 6 × 0.035 mm міді плюс 1.100 mm діелектрика. Він не враховує паяльну маску, фінішне покриття та відхилення внаслідок металізації й виробництва. Фактичний розподіл міді, конструкцію діелектрика, витікання смоли під час пресування та допуски має перевірити виробник. Сама по собі ця таблиця не визначає ні ширину провідника, ні значення імпедансу.

Також обговоріть симетрію фактичної конструкції. Це виробничий аспект, який варто перевірити, але номінально симетрична схема шарів не гарантує відсутності жолоблення.

Якщо проєкт передбачає контроль імпедансу, узгодьте з виробником цільове значення, допуск і метод перевірки. Тестовий купон може допомогти виконати узгоджену перевірку імпедансу для конструкції; він не перевіряє кожну трасу на готовій платі. Поради щодо інтерпретації таких результатів наведено в матеріалі як читати TDR-звіт тестового купона імпедансу.

Задокументуйте остаточні ролі шарів і припущення, що впливають на критичні траси, разом із підтвердженою конструкцією. У посібнику з документування структури шарів процес передачі даних виробнику розглянуто докладніше.

Щоб обговорити запропоновану конструкцію, запросіть комерційну пропозицію або зв’яжіться з APTPCB, надавши схему розташування шарів, вимоги до критичних кіл і запитання, які ще потребують підтвердження виробника.

Технічні джерела

Документи Texas Instruments SCAA082A і SPRU889 є відповідними першоджерелами з компонування високошвидкісних друкованих плат і питань, пов’язаних з інтерфейсами. Застосовуйте їхні рекомендації до фактичної схеми та підтвердженої конструкції, а не вважайте будь-який із наведених вище концептуальних варіантів готовою специфікацією.