PCB疊層設(shè)計(jì)要遵從兩個(gè)規(guī)矩，你都知道嗎？

中信華

    總的來說疊層設(shè)計(jì)主要要遵從兩個(gè)規(guī)矩:

    1.每個(gè)走線層都必須有一個(gè)鄰近的參考層(電源或地層);
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    2.鄰近的主電源層和地層要保持最小間距,以提供較大的耦合電容;
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    下面列出從兩層板到八層板的疊層來進(jìn)行示例講解：

    一、單面PCB板和雙面PCB板的疊層

    對于兩層板來說，由于板層數(shù)量少，已經(jīng)不存在疊層的問題�？刂艵MI輻射主要從布線和布局來考慮;

& U' H+ V( G1 X" g    單層板和雙層板的電磁兼容問題越來越突出。造成這種現(xiàn)象的主要原因就是因信號回路面積過大，不僅產(chǎn)生了較強(qiáng)的電磁輻射，而且使電路對外界干擾敏感。要改善線路的電磁兼容性，最簡單的方法是減小關(guān)鍵信號的回路面積。
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1 ^0 x5 m/ M5 B4 y. D  \- D    關(guān)鍵信號：從電磁兼容的角度考慮，關(guān)鍵信號主要指產(chǎn)生較強(qiáng)輻射的信號和對外界敏感的信號。能夠產(chǎn)生較強(qiáng)輻射的信號一般是周期性信號，如時(shí)鐘或地址的低位信號。對干擾敏感的信號是指那些電平較低的模擬信號。

    單、雙層板通常使用在低于10KHz的低頻模擬設(shè)計(jì)中：

    1)在同一層的電源走線以輻射狀走線，并最小化線的長度總和;
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    2)走電源、地線時(shí)，相互靠近;在關(guān)鍵信號線邊上布一條地線，這條地線應(yīng)盡量靠近信號線。這樣就形成了較小的回路面積，減小差模輻射對外界干擾的敏感度。當(dāng)信號線的旁邊加一條地線后，就形成了一個(gè)面積最小的回路，信號電流肯定會(huì)取到這個(gè)回路，而不是其它地線路徑。
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1 B. H1 J2 o0 |$ h2 S/ o  }  j9 e% h, j0 R    3)如果是雙層線路板，可以在線路板的另一面，緊靠近信號線的下面，沿著信號線布一條地線，一線盡量寬些。這樣形成的回路面積等于線路板的厚度乘以信號線的長度。

    二、四層板的疊層
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    1.SIG-GND(PWR)-PWR(GND)-SIG;2.GND-SIG(PWR)-SIG(PWR)-GND;

  N% N, K, P: d$ C- _  x    對于以上兩種疊層設(shè)計(jì)，潛在的問題是對于傳統(tǒng)的1.6mm(62mil)板厚。層間距將會(huì)變得很大，不僅不利于控制阻抗，層間耦合及屏蔽;特別是電源地層之間間距很大，降低了板電容，不利于濾除噪聲。

. e9 I: V& n, f, w) {! K8 X    對于第一種方案，通常應(yīng)用于板上芯片較多的情況。這種方案可得到較好的SI性能，對于EMI性能來說并不是很好，主要要通過走線及其他細(xì)節(jié)來控制。主要注意：地層放在信號最密集的信號層的相連層，有利于吸收和抑制輻射;增大板面積，體現(xiàn)20H規(guī)則。
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    對于第二種方案，通常應(yīng)用于板上芯片密度足夠低和芯片周圍有足夠面積(放置所要求的電源覆銅層)的場合。此種方案PCB的外層均為地層，中間兩層均為信號/電源層。信號層上的電源用寬線走線，這可使電源電流的路徑阻抗低，且信號微帶路徑的阻抗也低，也可通過外層地屏蔽內(nèi)層信號輻射。從EMI控制的角度看，這是現(xiàn)有的最佳4層PCB結(jié)構(gòu)。
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    注意：中間兩層信號、電源混合層間距要拉開，走線方向垂直，避免出現(xiàn)串?dāng)_;適當(dāng)控制板面積，體現(xiàn)20H規(guī)則;如果要控制走線阻抗，上述方案要非常小心地將走線布置在電源和接地鋪銅的下邊。另外，電源或地層上的鋪銅之間應(yīng)盡可能地互連在一起，以確保DC和低頻的連接性。

# b% a# V9 ?$ n: [. a5 K4 |. [# G    三、六層板的疊層
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    對于芯片密度較大、時(shí)鐘頻率較高的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮6層板的設(shè)計(jì)，推薦疊層方式：

  U' p1 K$ b  H% K/ I( u9 i4 I    1.SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG;對于這種方案，這種疊層方案可得到較好的信號完整性，信號層與接地層相鄰，電源層和接地層配對，每個(gè)走線層的阻抗都可較好控制，且兩個(gè)地層都是能良好的吸收磁力線。并且在電源、地層完整的情況下能為每個(gè)信號層都提供較好的回流路徑。

    2.GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND;對于這種方案，該種方案只適用于器件密度不是很高的情況，這種疊層具有上面疊層的所有優(yōu)點(diǎn)，并且這樣頂層和底層的地平面比較完整，能作為一個(gè)較好的屏蔽層來使用。需要注意的是電源層要靠近非主元件面的那一層，因?yàn)榈讓拥钠矫鏁?huì)更完整。因此，EMI性能要比第一種方案好。
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    小結(jié)：對于六層板的方案,電源層與地層之間的間距應(yīng)盡量減小，以獲得好的電源、地耦合。但62mil的板厚,層間距雖然得到減小,還是不容易把主電源與地層之間的間距控制得很小。對比第一種方案與第二種方案，第二種方案成本要大大增加。因此，我們疊層時(shí)通常選擇第一種方案。設(shè)計(jì)時(shí)，遵循20H規(guī)則和鏡像層規(guī)則設(shè)計(jì)。

3 A: _, ?4 k+ T% D3 s/ I    四、八層板的疊層
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* d) A5 D  Q  R7 j    1、由于差的電磁吸收能力和大的電源阻抗導(dǎo)致這種不是一種好的疊層方式。它的結(jié)構(gòu)如下：
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8 G% J2 o8 N- m7 l+ a! j5 w! C    1.Signal1元件面、微帶走線層
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    2.Signal2內(nèi)部微帶走線層，較好的走線層(X方向)

    3.Ground
  b: s! }. a5 l/ K( S- P: a
    4.Signal3帶狀線走線層，較好的走線層(Y方向)

! x1 m; t" d2 [. z+ T    5.Signal4帶狀線走線層

' d, ]4 F( \- e# B# ?    6.Power
$ {/ X. l5 o9 k% T
2 k7 m, h5 }* v) `1 c/ _3 t; j2 M! Y' y    7.Signal5內(nèi)部微帶走線層
) M$ G4 c/ M& u' H7 {
$ t; l. F3 a& ^( j9 A% l% T1 g    8.Signal6微帶走線層

+ t/ L8 H7 l+ l    2、是第三種疊層方式的變種，由于增加了參考層，具有較好的EMI性能，各信號層的特性阻抗可以很好的控制。
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4 X; y* E. r& k# L, l  P  w* ~+ m$ x- H    1.Signal1元件面、微帶走線層，好的走線層

5 O4 d2 u6 j# Q$ i    2.Ground地層，較好的電磁波吸收能力
7 A6 b  \' h" K; Q1 g1 e
* g6 `8 U3 `0 f+ }    3.Signal2帶狀線走線層，好的走線層
6 C, P* O1 U0 O5 S8 J7 W2 _7 a
$ ?0 t1 a0 N1 _4 H  G    4.Power電源層，與下面的地層構(gòu)成優(yōu)秀的電磁吸收5.Ground地層
* p% e) t! h1 q$ a& o
/ l7 F4 s( S( J, `) {# @3 f    6.Signal3帶狀線走線層，好的走線層

    7.Power地層，具有較大的電源阻抗
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    8.Signal4微帶走線層，好的走線層
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    3、最佳疊層方式，由于多層地參考平面的使用具有非常好的地磁吸收能力。

    1.Signal1元件面、微帶走線層，好的走線層

: {5 C5 F  j* J2 l6 g4 Q$ r    2.Ground地層，較好的電磁波吸收能力

    3.Signal2帶狀線走線層，好的走線層

    4.Power電源層，與下面的地層構(gòu)成優(yōu)秀的電磁吸收5.Ground地層

/ I: J! \; z( X+ P  x9 W; z$ W0 v    6.Signal3帶狀線走線層，好的走線層
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    7.Ground地層，較好的電磁波吸收能力
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    8.Signal4微帶走線層，好的走線層
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    對于如何選擇設(shè)計(jì)用幾層板和用什么方式的疊層，要根據(jù)板上信號網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量，器件密度，PIN密度，信號的頻率，板的大小等許多因素。對于這些因素我們要綜合考慮。對于信號網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量越多，器件密度越大，PIN密度越大，信號的頻率越高的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量采用多層板設(shè)計(jì)。為得到好的EMI性能最好保證每個(gè)信號層都有自己的參考層。
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