دوره پیشرفته طراحی PCB چند لایه و فرکانس بالا

طراحی یک PCB چندلایه، به‌ویژه زمانی که سیگنال‌های High-Speed یا High-Frequency در مدار وجود دارند، صرفاً به معنی افزایش تعداد لایه‌ها یا استفاده از ابزارهای پیشرفته نرم‌افزار PCB نیست.
در این سطح از طراحی، PCB بخشی از خود مدار الکتریکی است. ابعاد ترک، فاصله بین لایه‌ها، جنس دی‌الکتریک، ضخامت مس، محل قرارگیری Planeها، مسیر برگشت جریان، نوع Via، طول مسیر، تغییر Reference Plane و حتی نحوه قرارگیری کانکتورها می‌توانند مستقیماً بر عملکرد مدار تأثیر بگذارند.

هدف این دوره آن است که طراح از یک PCB Layout Designer صرفاً نرم‌افزارمحور، به یک PCB Engineer تبدیل شود؛ بنابراین تمرکز دوره صرفاً بر آموزش ابزارهای نرم‌افزاری نیست؛ بلکه تلاش می‌شود طراح درک کند چرا یک تصمیم در Layout صحیح یا نادرست است و چه تأثیری بر رفتار الکتریکی، الکترومغناطیسی و قابلیت تولید PCB خواهد داشت. فردی که بتواند قبل از Routing، رفتار الکتریکی برد را پیش‌بینی کند و معماری PCB را بر اساس نیازهای Signal Integrity، Power Integrity، EMI/EMC، حرارتی، مکانیکی و تولید انتخاب کند.

هدف اصلی دوره، ارتقای مهارت طراح از سطح طراحی معمول PCB به سطح طراحی حرفه‌ای بردهای Multilayer، High-Speed، High-Frequency و Mixed-Signal است.
در پایان دوره، انتظار می‌رود شرکت‌کننده بتواند:
- معماری مناسب یک PCB چندلایه را تعیین کند.
- تعداد لایه‌ها را بر اساس نیازهای واقعی مدار انتخاب کند.
- Stack-up مناسب برای پروژه طراحی یا ارزیابی کند.
- متریال مناسب PCB را بر اساس کاربرد انتخاب کند.
- Signal، Ground و Power Layerها را به‌صورت اصولی سازمان‌دهی کند.
- مسیر برگشت جریان را در طراحی در نظر بگیرد.
- خطوط Transmission Line را تشخیص داده و طراحی کند.
- Impedance موردنیاز مسیرها را کنترل کند.
- Differential Pairها را به‌صورت صحیح طراحی و Routing کند.
- Crosstalk و Reflection را کاهش دهد.
- اثر Via، Via Stub را در نظر بگیرد.
- برای رابط‌های High-Speed مانند DDR و PCIe، الزامات Layout را رعایت کند.
- ملاحظات Signal Integrity و Power Integrity را در طراحی اعمال کند.
- منابع اصلی EMI/EMC را در PCB شناسایی و کنترل کند.
- PCBهای Mixed-Signal را با توجه به مسیر جریان و Return Path طراحی کند.
- طراحی PCB را برای فرآیند تولید و Controlled Impedance آماده کند.
- طراحی نهایی را با یک فرآیند سیستماتیک و مهندسی بررسی و تأیید کند.

1- مبانی و معماری PCBهای چندلایه

در ابتدا ساختار PCBهای چندلایه و تفاوت آن‌ها با بردهای دو لایه بررسی می‌شود. در یک PCB دو لایه، تعداد مسیرهای قابل Routing محدود است و ایجاد یک Reference Plane مناسب برای سیگنال‌های حساس نیز دشوارتر می‌شود. با افزایش پیچیدگی مدار، معمولاً نیاز به موارد زیر افزایش پیدا می‌کند:

• تعداد بیشتر مسیرهای سیگنال
• Planeهای اختصاصی Power و Ground
• کنترل امپدانس
• کاهش Loop Area
• جداسازی عملکردهای مختلف
• کاهش Crosstalk
  کاهش EMI
• مسیرهای Differential
• Routing رابط‌های High-Speed
• تراکم بیشتر قطعات

در چنین شرایطی، افزایش تعداد لایه‌ها تنها یک راهکار برای افزایش فضای Routing نیست؛ بلکه یک ابزار مهندسی برای کنترل رفتار الکتریکی PCB است.

موضوعات این بخش شامل:
- ساختار PCB چندلایه
- Core و Prepreg
- Copper Layer
- Dielectric
- نقش Signal، Power و Ground Layer
- مزایا و محدودیت‌های PCBهای چندلایه
- معیارهای انتخاب تعداد لایه‌ها
- ملاحظات الکتریکی، مکانیکی و تولیدی

2- انتخاب تعداد لایه‌ها و طراحی Stack-up
Stack-up یکی از مهم‌ترین تصمیمات در طراحی PCBهای پیشرفته است. Stack-up قلب یک PCB چندلایه High-Speed است. در این بخش انتخاب یک Stack-up مناسب با توجه به نیازهایRouting، Controlled Impedance، Return Path، Crosstalk و EMI بررسی می‌شود. یک PCB چندلایه معمولاً از مجموعه‌ای از موارد زیر تشکیل می‌شود:

• Copper Layer
• Dielectric
• Prepreg
• Core
• Solder Mask
• Surface Finish

لایه‌های مسی می‌توانند برای Signal، Power یا Ground استفاده شوند. اما نکته مهم این است که هر لایه صرفاً یک فضای آزاد برای Routing نیست. جایگاه هر لایه باید با توجه به لایه مرجع، نوع سیگنال و مسیر برگشت جریان تعیین شود.
برای مثال، یک Signal Layer که در مجاورت یک Ground Plane قرار دارد، شرایط بسیار متفاوتی با همان Signal Layer در مجاورت یک لایه سیگنال دیگر خواهد داشت. برای مثال، یک معماری چهارلایه متداول می‌تواند به شکل مفهومی زیر باشد:
Layer 1 : Signal
Layer 2 : Ground
Layer 3 : Power / Signal
Layer 4 : Signal
مزیت چنین ساختاری این است که Signal Layerهای خارجی می‌توانند Reference Plane نزدیک و پیوسته‌ای داشته باشند.اما هیچ Stack-up واحدی برای تمام پروژه‌ها بهترین نیست. Stack-up باید از روی نیازهای واقعی مدار طراحی شود.
مباحث اصلی:
- برنامه‌ریزی Stack-up
- تعیین محل Signal Layerها
- انتخاب Reference Plane
- تخصیص Ground و Power Plane
- فاصله Signal تا Reference Plane
- نقش Dielectric Thickness
- طراحی Stack-up برای بردهای 4، 6، 8، 10، 12 لایه و بیشتر
- Symmetry در Stack-up
- ملاحظات مکانیکی و تولیدی
- تعامل Stack-up با سازنده PCB (قابلیت تولید)

یکی از مهم‌ترین تفاوت‌های طراحی حرفه‌ای با طراحی مبتنی بر آزمون و خطا، Planning است. قبل از قرار دادن حتی یک ترک روی PCB باید مشخص شود:

• مدار چه نوع سیگنال‌هایی دارد؟
• بیشترین فرکانس مؤثر سیگنال‌ها چقدر است؟
• Fastest Edge Rate چقدر است؟
• کدام Netها حساس هستند؟
• کدام Netها نویز ایجاد می‌کنند؟
• کدام مسیرها نیاز به کنترل امپدانس دارند؟
• کدام سیگنال‌ها Differential هستند؟
• کدام مسیرها نیاز به Length Matching دارند؟
• معماری Power Distribution چگونه است؟
• Reference Plane سیگنال‌ها کجاست؟
• PCB چه محدودیت مکانیکی دارد؟
• سازنده PCB چه فناوری‌هایی را پشتیبانی می‌کند؟
• هزینه هدف PCB چقدر است؟

این اطلاعات باید قبل از طراحی Stack-up مشخص شوند.

3- انتخاب متریال PCB
انتخاب متریال مناسب، به‌خصوص در فرکانس‌های بالا، بخشی از طراحی الکتریکی PCB است. در فرکانس‌های پایین ممکن است انتخاب FR-4 استاندارد برای بسیاری از پروژه‌ها کافی باشد؛ اما با افزایش Data Rate و Edge Rate، پارامترهای Material اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند. پارامترهای مهمی مانند موارد زیر بررسی می‌شوند:
- Dielectric Constant یا Dk ثابت دی‌الکتریک روی سرعت انتشار موج و امپدانس خط انتقال (Transmission Line) تأثیر دارد.
- Dissipation Factor یا Df
- Loss Tangent
- Tg
- Dielectric Thickness
همچنین تفاوت کاربرد FR-4های مختلف با متریال‌های تخصصی High-Frequency و RF مانند خانواده‌های Rogers بررسی خواهد شد.

4- Via و تکنولوژی‌های اتصال بین لایه‌ها

ویا در PCBهای High-Speed صرفاً یک اتصال عمودی نیست؛ بلکه می‌تواند یک ناپیوستگی (Discontinuity) الکتریکی ایجاد کند. Via می‌تواند روی Signal Integrity، ظرفیت انگلی، اندوکتانس و حتی EMI تأثیر بگذارد. در این بخش موارد زیر بررسی می‌شوند:
Through Via از یک سمت PCB تا سمت دیگر ادامه دارد.
Blind Via فقط بخشی از لایه‌ها را به هم متصل می‌کند.
Buried Via کاملاً درون PCB قرار دارد.
Microvia ویا با ابعاد بسیار کوچک که معمولاً در HDI استفاده می‌شود.
Stacked Microvia چند Microvia روی یکدیگر قرار می‌گیرند.

5- Via Stub و Back Drilling

یکی از مشکلات مهم در رابط‌های High-Speed، استاب (Stub) ایجادشده توسط Via است. هنگامی که سیگنال فقط بین دو لایه حرکت می‌کند ولی Via تا لایه‌های پایین‌تر ادامه دارد، بخش بدون استفاده Via به‌صورت یک Stub باقی می‌ماند. یک Via Stub می‌تواند موجب:
- Reflection
- Resonance
- Impedance Discontinuity
شود و در این بخش بررسی می شود چه روش‌هایی برای کنترل آن وجود دارد.
روش‌هایی مانند:

- Back Drilling
- Blind Via
- Microvia
- بهینه‌سازی Stack-up

6- Return Current و Reference Plane

یکی از بنیادی‌ترین مفاهیم در طراحی High-Speed، درک مسیر برگشت جریان است. در DC معمولاً تمایل داریم جریان را از دید مقاومت بررسی کنیم. اما برای سیگنال‌های سریع، این دیدگاه کافی نیست. جریان AC تمایل دارد مسیری را انتخاب کند که Impedance مؤثر کمتری داشته باشد و در بسیاری از ساختارهای PCB، جریان بازگشتی در نزدیکی مسیر Signal و روی Reference Plane جریان پیدا می‌کند.
در نتیجه مسیر Signal را نمی‌توان بدون توجه به مسیر Return طراحی کرد. Signal و Return باید به‌عنوان یک Transmission Structure در نظر گرفته شوند. در طراحی High-Speed، مسیر رفت سیگنال بدون مسیر برگشت آن معنای کاملی ندارد. در این بخش رفتار Return Current و ارتباط آن با Reference Plane بررسی می‌شود.
موضوعات شامل:
- مسیر برگشت جریان
- Loop Area
- Ground Plane
- Power Plane
- Reference Plane
- اثر شکاف و بریدگی Plane
- تغییر Reference Plane
- عبور Signal از روی Split یا Void
هدف این بخش، ایجاد درک صحیح از این اصل است که Signal Path و Return Path باید به‌عنوان یک ساختار الکترومغناطیسی واحد در نظر گرفته شوند.

7- خط انتقال (Transmission Line)
در سرعت پایین، ترک PCB را می‌توان تقریباً مانند یک سیم ایده‌آل در نظر گرفت. در High-Speed، این فرض دیگر معتبر نیست. ترک PCB یک Transmission Line است که دارای پارامترهای توزیع‌شده است:
R
L
C
G
و مشخصه مهم آن Z0 یا امپدانس مشخصه است. در این بخش مفاهیم زیر بررسی می‌شوند:

- Distributed Parameters
- Resistance
- Inductance
- Capacitance
- Conductance
- Characteristic Impedance
- Propagation Delay
- Signal Bandwidth
- Rise Time و Fall Time

همچنین رابطه بین هندسه PCB و رفتار Transmission Line بررسی خواهد شد.

8- Reference Plane

صفحه مرجع (Reference Plane) می‌تواند Ground یا Power باشد، اما از دید Signal Integrity، پیوستگی و کیفیت Reference اهمیت بسیار زیادی دارد. اگر Signal از روی یک Plane پیوسته عبور کند، Return Current می‌تواند مسیر مناسبی در نزدیکی Signal پیدا کند.
اما اگر مسیر Signal از روی:
Split Plane
Void
Slot
Plane Cut
تغییر Reference
عبور کند، مسیر Return Current ممکن است مجبور به دور زدن ناحیه شود.
نتیجه می‌تواند افزایش:
Loop Area
Inductance
EMI
Crosstalk
Signal Integrity Problems
باشد.

9- Microstrip و Stripline

دو ساختار اصلی برای طراحی خطوط کنترل‌شده در PCB عبارت‌اند از:
- Microstrip
- Stripline
Microstrip لایه سیگنال در مجاورت یک Reference Plane قرار دارد و یک سمت آن با محیط آزاد/مواد پوششی مرتبط است.
Stripline لایه سیگنال بین دو Reference Plane قرار می‌گیرد.
Stripline معمولاً Containment بهتر میدان و EMI پایین‌تری ارائه می‌دهد، اما طراحی آن از نظر Stack-up و Routing پیچیده‌تر است.

در این بخش تأثیر موارد زیر بر رفتار خط بررسی می‌شود:

- Trace Width
- Trace Thickness
- Dielectric Height
- Dielectric Constant
- فاصله از Reference Plane
- Geometry

۱۰− کراس تاک
Crosstalk نتیجه Coupling ناخواسته بین مسیرهای مختلف است. دو مکانیزم اصلی عبارت‌اند از:
Capacitive Coupling ناشی از میدان الکتریکی بین هادی‌ها.
Inductive Coupling ناشی از میدان مغناطیسی تولیدشده توسط جریان متغیر.
Crosstalk یکی از مهم‌ترین منابع خطا در PCBهای متراکم و High-Speed است.
راهکارهای کاهش Crosstalk:

• افزایش فاصله بین خطوط
• کاهش طول Parallel Run
• قرار دادن Reference Plane مناسب
• کاهش فاصله Signal تا Plane
• استفاده صحیح از Ground Via
• تغییر Orientation مسیرها در لایه‌های مختلف
• کنترل Rise/Fall Time
• جلوگیری از Routing موازی طولانی

یک قانون ساده اما بسیار مهم:
فقط فرکانس کلاک را بررسی نکنید؛ Edge Rate سیگنال را بررسی کنید.

11- Impedance Control

کنترل امپدانس یکی از پایه‌های اصلی طراحی High-Speed و High-Frequency است. امپدانس ترک تابعی از موارد زیر است:
Width
Thickness
Dielectric Height
Dielectric Constant
Copper Roughness
Geometry
بنابراین نمی‌توان صرفاً گفت: «برای 50Ω باید ترک را مثلاً 10 mil بگیریم.»
این مقدار بدون دانستن Stack-up هیچ معنای عمومی ندارد. برای هر PCB باید Impedance با توجه به Stack-up واقعی سازنده محاسبه شود. در این بخش ابتدا مفهوم Characteristic Impedance و سپس عوامل مؤثر بر آن بررسی می‌شود.
موضوعات:
- Single-Ended Impedance
- Differential Impedance
- 50Ω و سایر Impedanceهای متداول
- Impedance Profile
- محاسبه و تنظیم Trace Width
- تأثیر Dielectric Thickness
- تأثیر Copper Thickness
- تأثیر Dk
- Impedance Tolerance
- تأیید Impedance توسط سازنده
تأکید اصلی این بخش بر این است که مقدار Trace Width را نمی‌توان مستقل از Stack-up تعیین کرد.

12- Signal Integrity
تمامیت سیگنال (Signal Integrity) یکی از مهم‌ترین حوزه‌های طراحی PCBهای High-Speed است.
در این بخش پدیده‌های اصلی مؤثر بر کیفیت سیگنال بررسی می‌شوند:
- Reflection
- Overshoot
- Undershoot
- Ringing
- Crosstalk
- Ground Bounce
- Jitter
- Discontinuity
همچنین عوامل ایجادکننده Discontinuity در مسیر مانند Via، Connector، Pad، Stub و تغییر عرض ترک بررسی خواهند شد.

13. Reflection و Termination

هنگامی که امپدانس بخش‌های مختلف یک مسیر با یکدیگر تطابق نداشته باشد، بخشی از انرژی سیگنال بازتاب می‌شود. در این بخش موارد زیر بررسی می‌شوند:
- Reflection Coefficient
- Source Impedance
- Load Impedance
- Characteristic Impedance
- Transmission Line Delay
- Source Termination
- Series Termination
- Parallel Termination

14- Rise Time، Bandwidth و Harmonics
برای تشخیص High-Speed بودن یک سیگنال، صرفاً نباید فرکانس Fundamental را بررسی کرد. Edge Rate و Rise/Fall Time می‌توانند تعیین کنند که آیا یک مسیر باید به‌صورت Transmission Line تحلیل شود یا خیر.
در این بخش ارتباط میان:
- Rise Time
- Fall Time
- Bandwidth
- Harmonics
- Wavelength
بررسی می‌شود.

15- اثر پوستی (Skin Effect) و High-Frequency Loss
در فرکانس‌های بالا، جریان به‌صورت یکنواخت در سطح مقطع هادی توزیع نمی‌شود. با افزایش فرکانس، جریان تمایل بیشتری دارد در نزدیکی سطح هادی حرکت کند. این پدیده باعث افزایش مقاومت AC هادی می‌شود. بنابراین در فرکانس بالا، ضخامت مس تنها یک پارامتر مکانیکی نیست؛ بلکه روی Loss و رفتار RF نیز اثر می‌گذارد.

Ground Bounce

زمانی رخ می‌دهد که تغییرات سریع جریان در مسیرهایی با Inductance غیرصفر، اختلاف ولتاژ ایجاد کند. بنابراین حتی اگر مقاومت مسیر بسیار کوچک باشد، یک تغییر سریع جریان می‌تواند ولتاژ قابل توجهی ایجاد کند.
راهکارها:
کاهش Inductance
کوتاه کردن مسیرهای Return
استفاده صحیح از Ground Plane
Decoupling مناسب
کاهش Loop Area
طراحی صحیح Viaهای گراند

15. Differential Pair

سیگنال Differential از دو مسیر تشکیل می‌شود که اطلاعات بر اساس اختلاف ولتاژ آن‌ها منتقل می‌شود.
نکته مهم: Parallel بودن دو ترک به‌تنهایی Differential Routing صحیح ایجاد نمی‌کند. Geometry و میدان الکترومغناطیسی دو مسیر باید به‌صورت یک ساختار واحد در نظر گرفته شوند. در این بخش طراحی و Routing صحیح Differential Pair بررسی می‌شود.
موضوعات اصلی:

- Differential Signaling
- Common-Mode و Differential-Mode
- Differential Impedance
- Pair Width
- Pair Spacing
- Coupling
- Intra-Pair Skew
- Length Matching
- Reference Plane
- Via Transition

۱۸− Length Matching و Timing

هم‌طول کردن سیگنالها (Length Matching) باید بر اساس Timing Budget انجام شود، نه صرفاً بر اساس یک عدد ثابت. در بعضی رابط‌ها Matching بسیار دقیق ضروری است؛ در برخی دیگر، Matching افراطی هیچ مزیت عملی ندارد. در این بخش:
- Propagation Delay
- Timing Margin
- Skew
- Intra-Pair Matching
- Inter-Group Matching
- Length Tuning
- Accordion Routing
- Meander Effects
بررسی می‌شوند.

Power Integrity و PDN

Power Integrity مکمل Signal Integrity است.
در این بخش رفتار شبکه توزیع توان یا PDN بررسی می‌شود:
- Power Distribution Network
- Target Impedance
- Voltage Ripple
- Transient Current
- Plane Impedance
- Via Inductance
- Decoupling
- ESR
- ESL
- Resonance
- Anti-Resonance

هدف، طراحی یک شبکه تغذیه پایدار برای ICهای حساس و High-Speed است.

---

1. Decoupling
   

خازن Decoupling فقط یک قطعه برای «تأمین جریان لحظه‌ای» نیست. در فرکانس‌های مختلف، شبکه Power Delivery Network دارای امپدانس متفاوتی است. هدف اصلی این است که در محدوده موردنظر پایین باقی بماند. در این بخش نحوه صحیح انتخاب و Placement خازن‌های Decoupling بررسی می‌شود. مباحث شامل:

- High-Frequency Decoupling
- ESR
- ESL
- Mounting Inductance
- Via Placement
- Power/Ground Via
- Placement نزدیک Pin تغذیه
- مسیر جریان High-Frequency

است.

20. Mixed-Signal PCB Design

در طراحی Mixed-Signal، مسئله اصلی صرفاً «جدا کردن Analog و Digital Ground» نیست.
باید مسیر جریان‌ها را بررسی کرد.
سؤال اصلی: جریان نویزی دیجیتال از کجا عبور می‌کند و به کجا برمی‌گردد؟
اگر Partitioning باعث ایجاد مسیر برگشت نامناسب شود، ممکن است نتیجه دقیقاً برعکس هدف طراحی باشد.
بنابراین باید:
Analog Section
Digital Section
Power Section
Clock Section
ADC/DAC
Reference
Sensitive Analog Routing
به‌صورت یک سیستم واحد تحلیل شوند.

طراحی Mixed-Signal یکی از حوزه‌هایی است که نیازمند ترکیب دانش Analog، Digital، Power و EMC است. تمرکز اصلی بر کنترل جریان‌های نویزی و طراحی صحیح Return Path است و از ساده‌سازی‌هایی مانند «همیشه Ground را به دو بخش جدا تقسیم کن» اجتناب می‌شود.

فصل بیستم — Stitching Capacitor
در برخی معماری‌ها، به‌ویژه در Mixed-Signal یا ساختارهای دارای نواحی مرجع متفاوت، استفاده صحیح از Stitching Capacitor می‌تواند برای کنترل مسیرهای AC مفید باشد.
اما این تکنیک نباید به‌صورت یک Rule عمومی استفاده شود.
اول باید مشخص شود:
جریان برگشتی کجا است؟
Reference Planeها چگونه تعریف شده‌اند؟
چه فرکانسی درگیر است؟
هدف کاهش Common-Mode Noise است یا چیز دیگر؟

---

21. EMI/EMC در طراحی PCB

EMI
Electromagnetic Interference یعنی تداخل الکترومغناطیسی.
EMC
Electromagnetic Compatibility یعنی توانایی سیستم برای کار صحیح در محیط الکترومغناطیسی و عدم ایجاد تداخل غیرقابل‌قبول برای سایر تجهیزات.
منابع متداول EMI:
Clock
Switching Regulator
High-Speed Data
Large Current Loop
Connector
Cable
PCB Edge
در طراحی EMC، سه عامل اساسی را باید کنترل کرد:
Source → Coupling Path → Victim
اگر نتوانیم Source را حذف کنیم، می‌توانیم Coupling Path را کنترل کنیم یا Victim را مقاوم‌تر کنیم.

در این بخش منابع اصلی EMI و روش‌های کنترل آن بررسی می‌شوند.

موضوعات:

- EMI
- EMC
- Radiated Emission
- Conducted Emission
- Common-Mode Noise
- Differential-Mode Noise
- Loop Area
- PCB Edge
- Connector
- Cable
- Shielding
- Ground Stitching
- Via Fence

مدل بنیادی:

Source → Coupling Path → Victim

برای تحلیل EMI مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فصل بیست‌ویکم — PCB Edge و EMI
لبه PCB می‌تواند محل افزایش تشعشع باشد، به‌خصوص زمانی که مسیرهای سریع یا Clockها در نزدیکی Edge حرکت می‌کنند.
در طراحی باید از Routing غیرضروری سیگنال‌های حساس در نزدیکی لبه PCB اجتناب کرد.
استفاده صحیح از:
Ground Plane
Ground Via
Via Fence
Stitching Via
می‌تواند در کنترل میدان‌ها و EMI کمک کند.

---

22. Clock و High-Speed Routing

Clockها از حساس‌ترین سیگنال‌های دیجیتال هستند و به دلیل Edge سریع می‌توانند منبع قابل‌توجهی از EMI و Crosstalk باشند.

در این بخش:

- Clock Routing
- Return Path
- Clock Length
- Jitter
- Crosstalk
- Termination
- Reference Plane
- Layer Transition

بررسی می‌شوند.

---

23. DDR PCB Design

طراحی DDR نمونه‌ای واقعی از ترکیب Signal Integrity، Timing، Controlled Impedance و Topology است. در DDR باید گروه‌های مختلف مانند:
Data
Address
Command
Clock
Control
با توجه به الزامات همان Memory Interface طراحی شوند.
دو توپولوژی شناخته‌شده:
Fly-by برای برخی نسل‌های DDR، مخصوصاً DDR3 و DDR4، معماری Fly-by رایج است.
T-Topology در برخی معماری‌های قدیمی‌تر و شرایط خاص استفاده شده است.
الزامات دقیق طراحی باید همواره با Datasheet، Hardware Design Guide و توصیه‌های سازنده Memory Controller و DRAM تطبیق داده شوند. مباحث این بخش شامل:

- DDR Architecture
- Data Group
- Address
- Command
- Control
- Clock
- DQS
- Length Matching
- Timing
- Fly-by Topology
- T-Topology
- Reference Plane
- Via Transition
- Routing Constraints

24. PCIe PCB Design

رابط PCIe یکی از رابط‌های حساس High-Speed است که در آن کوچک‌ترین Discontinuity می‌تواند روی کیفیت لینک تأثیر بگذارد.
در طراحی PCIe باید مواردی مانند:
Differential Impedance
Pair Matching
Reference Plane
Connector
Via Transition
Insertion Loss
Return Loss
AC Coupling
Routing Topology
مدنظر قرار گیرد.
در چنین رابط‌هایی، رعایت Layout Guideline سازنده IC و Specification مربوطه از Ruleهای عمومی PCB مهم‌تر است. در این بخش موارد زیر بررسی می‌شوند:

- Differential Pair
- Differential Impedance
- Insertion Loss
- Return Loss
- AC Coupling
- Via Transition
- Connector
- Reference Plane
- Pair Matching
- Routing Constraints
- Layer Transition
- Stub Control

---

25. RF و High-Frequency PCB Design

در فرکانس‌های بالا، رفتار PCB به‌طور جدی تحت تأثیر میدان‌های الکترومغناطیسی قرار می‌گیرد.

در این بخش مفاهیم:

- RF Routing
- Controlled Impedance
- Grounding
- Via Fence
- Transmission Line
- Microstrip
- Stripline
- Antenna
- Connector Transition
- RF Return Path
- Material Selection

بررسی می‌شوند.

همچنین معیارهای انتخاب متریال‌های تخصصی مانند Rogers و تفاوت آن‌ها با FR-4 بررسی خواهد شد.

---

26. Placement در PCBهای High-Speed

Placement باید قبل از Routing و بر اساس جریان عملکردی سیستم انجام شود.

در این بخش اصول جانمایی:

- Processor
- Memory
- Clock
- Connector
- Power Supply
- ADC/DAC
- RF Section
- Sensitive Analog
- High-Speed Interfaces

بررسی می‌شود.

هدف، ایجاد کوتاه‌ترین و منطقی‌ترین مسیر بین Source، Interconnect و Receiver و در عین حال کنترل Coupling و Noise است.

---

27. Routing Strategy

Routing حرفه‌ای باید با اولویت‌بندی Netها انجام شود.

یک استراتژی معمول می‌تواند شامل:

1. Critical High-Speed Nets
   2. Clock
   3. Differential Pairs
   4. Memory Interfaces
   5. Sensitive Analog
   6. Power
   7. General Signals
   

باشد.

در تمام مراحل Routing باید موارد زیر هم‌زمان بررسی شوند:

- Impedance
- Return Path
- Crosstalk
- Length
- Via Count
- Layer Transition
- Reference Plane
- Manufacturing Constraints

---

28. Layer Transition و Return Path Management

هر بار که یک Signal از یک لایه به لایه دیگر منتقل می‌شود، باید مسیر برگشت جریان نیز بررسی شود.

در این بخش:

- Signal Via
- Ground Via
- Reference Plane Transition
- Return Current
- Via Inductance
- Stitching Via
- Layer Transition

بررسی می‌شوند.

هدف این است که تغییر لایه بدون ایجاد Discontinuity غیرضروری انجام شود.

---

29. PCB Edge، Via Fence و Ground Stitching

برای کنترل میدان‌های الکترومغناطیسی و کاهش Coupling، استفاده صحیح از Ground Stitching و Via Fence می‌تواند مفید باشد.

در این بخش:

- Via Fence
- Ground Stitching
- Edge Clearance
- RF Boundary
- Connector Grounding
- Shielding

بررسی می‌شوند.

استفاده از Via Fence نیز باید بر اساس طول موج، ساختار PCB، فرکانس و هدف طراحی انجام شود و نباید صرفاً به‌صورت یک Rule ثابت در تمام پروژه‌ها اعمال شود.

---

30. طراحی PCB برای تولید

یک PCB حرفه‌ای علاوه بر عملکرد الکتریکی، باید قابل تولید باشد.

در این بخش موارد زیر بررسی می‌شوند:

- DFM
- Minimum Trace/Space
- Via Diameter
- Aspect Ratio
- Drill Size
- Copper Thickness
- Annular Ring
- Surface Finish
- Solder Mask
- Panelization
- Fabrication Tolerance

---

31. Controlled Impedance و تعامل با Fabricator

در طراحی‌های Controlled Impedance، همکاری با سازنده PCB اهمیت ویژه‌ای دارد.

اطلاعاتی مانند:

- Layer Stack-up
- Dielectric Thickness
- Copper Thickness
- Material
- Dk
- Trace Width
- Target Impedance
- Impedance Tolerance

باید قبل از تولید مشخص و تأیید شوند.

هدف این است که Stack-up طراحی‌شده با Stack-up واقعی و قابل تولید سازنده مطابقت داشته باشد.

---

32. پیاده‌سازی در Altium Designer

در بخش عملی، مفاهیم مهندسی دوره در محیط Altium Designer پیاده‌سازی می‌شوند.

موضوعات شامل:

- Layer Stack Manager
- Board Layer Stack
- Impedance Profile
- Design Rules
- Constraint Manager
- Net Class
- Differential Pair
- Length Matching
- Length Tuning
- Via Type
- Routing Rules
- Clearance
- Polygon
- Plane
- Harness
- Design Validation

هدف، استفاده از Altium به‌عنوان یک ابزار مهندسی برای اجرای تصمیمات طراحی است، نه صرفاً یادگیری دستورات نرم‌افزار.

---

33. بررسی و Validation طراحی

قبل از Release نهایی PCB، طراحی باید به‌صورت سیستماتیک بررسی شود.

مواردی مانند:

- DRC
- ERC
- Connectivity
- Net Class
- Differential Pair Rules
- Length Rules
- Impedance Rules
- Power/Ground Connectivity
- Return Path
- Via Stub
- Layer Transition
- Manufacturing Constraints

باید کنترل شوند.

---

34. استفاده مهندسی از PCBهای Open-Source

بردهای Open-Source می‌توانند منبع ارزشمندی برای مطالعه طراحی‌های واقعی باشند.

اما هدف نباید صرفاً Copy کردن Layout باشد.

باید ساختار طراحی تحلیل شود:

- چرا این Stack-up انتخاب شده؟
- چرا این قطعه در این محل قرار گرفته؟
- چرا این مسیر روی این Layer قرار دارد؟
- Reference Plane کجاست؟
- مسیر Return Current چگونه است؟
- چرا از این نوع Via استفاده شده؟
- Decoupling چگونه انجام شده؟
- مسیرهای High-Speed چگونه مدیریت شده‌اند؟

این روش می‌تواند مهارت PCB Design Analysis و Reverse Engineering را تقویت کند.

---

35. چک‌لیست نهایی طراحی PCB

پیش از ارسال PCB برای تولید، طراحی باید حداقل در چهار سطح بررسی شود.

Electrical

- Signal Integrity
- Power Integrity
- Controlled Impedance
- Differential Pair
- Length Matching
- Return Path
- Crosstalk
- Reflection

EMC

- Loop Area
- Clock Routing
- Grounding
- Via Stitching
- Via Fence
- PCB Edge
- Connector
- Common-Mode Current

Manufacturing

- Trace/Space
- Drill
- Via Technology
- Aspect Ratio
- Copper Thickness
- Stack-up
- Fabrication Tolerance

Documentation

- Fabrication Drawing
- Assembly Drawing
- Stack-up
- Impedance Requirements
- Drill Table
- Gerber/ODB++/IPC-2581
- BOM
- Pick and Place
- Manufacturing Notes

---

خروجی نهایی دوره

پس از گذراندن این دوره، شرکت‌کننده باید بتواند یک PCB چندلایه پیچیده را نه صرفاً از دید Layout، بلکه از دید Electrical، Electromagnetic و Manufacturing تحلیل کند.

در یک طراحی حرفه‌ای، هیچ‌کدام از موارد زیر نباید مستقل از دیگری در نظر گرفته شوند:

Stack-up ↔ Impedance ↔ Signal Integrity ↔ Return Path ↔ Power Integrity ↔ EMI/EMC ↔ Manufacturing

به همین دلیل، طراحی PCB High-Speed و High-Frequency یک فرآیند چندرشته‌ای است که در آن تصمیمات مربوط به معماری برد، Material، Layer Stack، Placement، Routing و تولید همگی به یکدیگر وابسته‌اند.

هدف نهایی این دوره، ایجاد توانایی در طراحی آگاهانه و قابل دفاع PCB است؛ به‌گونه‌ای که طراح بتواند برای هر تصمیم مهم در Layout، منطق الکتریکی و مهندسی مشخصی ارائه کند و قبل از رسیدن برد به مرحله Prototype، بسیاری از مشکلات Signal Integrity، Power Integrity، EMI/EMC و Manufacturing را شناسایی و کنترل کند.

test