PCB設計高速背板設計和PCB布局技巧

PCB設計如果需要將多個板連接到一個較大的系統中并在它們之間提供互連，則可能會使用背板來排列這些板并進行級聯。背板是高級板，它借鑒了高速設計，機械設計，高壓/大電流設計甚至RF設計中的某些元素。這些板通常用于關鍵任務防御系統，電信系統和數據中心。他們采用自己的一套標準，這些標準超出了IPC的可靠性要求。
盡管背板遵循許多其他PCB所不具備的特定標準，但許多PCB設計人員都熟悉布局和布線所涉及的概念。起初，大量的連接器和網絡以及典型背板上的狹窄空間似乎很困難。盡管如此，一些簡單的策略仍可以幫助您保持組織結構并完成背板設計，同時確保高可靠性。我的希望是，您將學習一些在布線和布局方面實現下一個背板設計的策略，以平衡可靠性和信號完整性。沒有更多的內容，讓我們跳入PCB設計的這一豐富領域。
背板設計入門
背板設計，布局和布線入門需要采取多種角度。這些設計可能很困難，因為您可能會發現自己在空間和層數有限的情況下管理大型板上的數千個連接。此外，背板可能實際上參與了向子卡的供電，并且每個子卡可能正在通過各種高速設備拉動多個安培電流。這意味著您的背板可能需要支持約100 A的電流。
由于背板的主要功能是在大型系統中的多個板之間提供連接，因此一切都圍繞著您將要使用的連接器展開，而這些連接器正是您設計的起點。以下是背板設計中涉及的一些基本任務：
引腳排列：第一步是確定連接器上的引腳排列，以支持所需的路由拓撲。我將在下面進一步介紹這一點。
機械要求：除了正確放置子板連接器之外，導銷還用于確保正確的配合和結構完整性。該列表底部的圖像顯示了與背板連接器一起使用的典型導銷。
材料選擇：對于高速背板，這是設計過程中的關鍵點。由于背板可能非常大，因此任何需要在整個平面上傳播的信號都可能會遭受重大損失。需要具有緊密玻璃編織的低損耗層壓板，以最大程度地減少長互連上的插入損耗。
電源和接地策略：對于需要為大量子板提供高功率的背板，您將需要有助于保持低溫的電源和接地策略。不同平面層上的接地/電源平面布置還應為隔離在電路板上的高速信號提供隔離。
層數：背板所需的層數將取決于平面層數以及所需的信號層數。背板最多可以有24層，厚度為幾毫米，可以滿足所有設計要求。
上面的要點與任何其他高速設計中需要考慮的要點相同。但是，一旦您在背板上工作，情況就會有所不同，因為連接器的引腳排列會限制布線。這是背板設計的重要組成部分，應仔細計劃。
全部涉及連接器，引腳分配和布線
初始設計階段的大部分重點將放在背板上的連接器上。選擇連接器（包括用于背板連接器）既是一門藝術，也是一門科學，這些連接器將成為信號完整性的主要決定因素。為了確保信號在連接器跟蹤接口處不會過度衰減，仿真非常重要。
連接器中的引腳排列也很重要，因為它有助于簡化每一層的布線。特別是，您的引腳排列應實現兩個目標：
它的設計應防止在將給定層上的信號路由到背板總線上的所有連接器時彼此交叉。如果做得正確，您可能可以消除一些信號層。
理想情況下，當到達每個連接器上的插針時，布線應該在整個背板（大部分水平）上流暢。
最好以逐行的方式完成，類似于下面顯示的差分對路由。請注意，每個連接器上的引腳如何在每一列中錯開，從而允許差分對中的走線進入連接器引腳的行之間。如果所有引腳都在同一列中，那么我需要2層而不是1來進行如下所示的布線。

考慮到所有這些PCB設計要求，我發現很難在我的第一個背板中實現所有這些平衡，而且我們甚至沒有進行初始組件布置。您在組件布置方面不會有很大的自由度，但是只要將引腳排列在整個連接器中并保持一致，就可以在通過底板路由信號時使事情井井有條。幫助您成功的其他一些技巧包括：
通過高速信號的跳變最小化。每個通孔都會增加互連的插入損耗，并且需要盡可能減少插入損耗。
通過過渡進行高速反鉆。反向鉆孔會增加成本，但會最大程度地減少長輸電線上的短截線不連續性。
不要害怕倒地。使用接地倒流有助于在不同的高速走線組之間進行隔離，確保一致的阻抗曲線，并為高回流電流提供充足的導體。
使所有未使用的信號層成為平面層。如果您要通過背板供電，請不要擔心將額外的電源板丟入疊層中。在多個電源層之間分配電流有助于保持PDN冷卻。
背板設計需要多個專業才能成功。但是，如果您擁有合適的設計師團隊和一整套設計工具，則可以在一個平臺上完成設計過程的大多數方面。您將能夠完成背板設計，并通過一個程序為生產做好準備。
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