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(lái)說(shuō)疊層設(shè)計(jì)主要要遵從兩個(gè)規(guī)矩:

" j3 F9 F2 \- M    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);

1 l. @: s! D6 A2 m' v* Y5 D0 X7 e    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(lái)進(jìn)行示例講解：
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+ d& W  ~$ D3 |+ ~    一、單面PCB板和雙面PCB板的疊層
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5 `% j2 M8 s- j    對(duì)于兩層板來(lái)說(shuō)，由于板層數(shù)量少，已經(jīng)不存在疊層的問(wèn)題�？刂艵MI輻射主要從布線和布局來(lái)考慮;

    單層板和雙層板的電磁兼容問(wèn)題越來(lái)越突出。造成這種現(xiàn)象的主要原因就是因信號(hào)回路面積過(guò)大，不僅產(chǎn)生了較強(qiáng)的電磁輻射，而且使電路對(duì)外界干擾敏感。要改善線路的電磁兼容性，最簡(jiǎn)單的方法是減小關(guān)鍵信號(hào)的回路面積。

    關(guān)鍵信號(hào)：從電磁兼容的角度考慮，關(guān)鍵信號(hào)主要指產(chǎn)生較強(qiáng)輻射的信號(hào)和對(duì)外界敏感的信號(hào)。能夠產(chǎn)生較強(qiáng)輻射的信號(hào)一般是周期性信號(hào)，如時(shí)鐘或地址的低位信號(hào)。對(duì)干擾敏感的信號(hào)是指那些電平較低的模擬信號(hào)。
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    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(zhǎng)度總和;

( Z4 @8 P- V! Y3 `    2)走電源、地線時(shí)，相互靠近;在關(guān)鍵信號(hào)線邊上布一條地線，這條地線應(yīng)盡量靠近信號(hào)線。這樣就形成了較小的回路面積，減小差模輻射對(duì)外界干擾的敏感度。當(dāng)信號(hào)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(hào)電流肯定會(huì)取到這個(gè)回路，而不是其它地線路徑。

- C1 m- d! h$ g1 Z2 N- K- ~    3)如果是雙層線路板，可以在線路板的另一面，緊靠近信號(hào)線的下面，沿著信號(hào)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(hào)線的長(zhǎng)度。
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: y7 a8 t- @8 {7 M3 x3 W6 T    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;

    對(duì)于以上兩種疊層設(shè)計(jì)，潛在的問(wèn)題是對(duì)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。

    對(duì)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(duì)于EMI性能來(lái)說(shuō)并不是很好，主要要通過(guò)走線及其他細(xì)節(jié)來(lái)控制。主要注意：地層放在信號(hào)最密集的信號(hào)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。

    對(duì)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(chǎng)合。此種方案PCB的外層均為地層，中間兩層均為信號(hào)/電源層。信號(hào)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(hào)微帶路徑的阻抗也低，也可通過(guò)外層地屏蔽內(nèi)層信號(hào)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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8 T" D6 Z  }# h) ~9 e, b7 ~! ^    注意：中間兩層信號(hào)、電源混合層間距要拉開(kāi)，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。

    三、六層板的疊層
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  o, O1 Z& M2 U. b; J6 \, j3 c& o    對(duì)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：
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0 O, y8 P- A4 j! m! Q. c% Y3 j    1.SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG;對(duì)于這種方案，這種疊層方案可得到較好的信號(hào)完整性，信號(hào)層與接地層相鄰，電源層和接地層配對(duì)，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(hào)層都提供較好的回流路徑。
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    2.GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND;對(duì)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(lái)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(duì)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(duì)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)。

/ O3 l, j, r' O) ?9 A9 j    四、八層板的疊層
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    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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, k: u% z: l- q8 s" o# j3 c3 U    1.Signal1元件面、微帶走線層

% i5 i0 g% I0 ~$ i    2.Signal2內(nèi)部微帶走線層，較好的走線層(X方向)

    3.Ground
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    4.Signal3帶狀線走線層，較好的走線層(Y方向)

* p! O# r( |9 h" I# ?    5.Signal4帶狀線走線層
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    6.Power
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) B  {0 Q! t5 M6 H0 f9 C- U    7.Signal5內(nèi)部微帶走線層
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& {. I+ o( `7 c& c    8.Signal6微帶走線層
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" W! L9 e) K7 N    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(hào)層的特性阻抗可以很好的控制。
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) m, ^* l& B# Y5 P    1.Signal1元件面、微帶走線層，好的走線層
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    2.Ground地層，較好的電磁波吸收能力

8 D$ p6 c# Z- V" `3 _5 _    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
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# E0 z. N, v) j$ D% A) ?: R+ j' N- B    6.Signal3帶狀線走線層，好的走線層
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2 Q! d3 i: c) M5 K( t7 U) ]6 i    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。

$ [: ^/ F* G. c$ T+ m2 F! d    1.Signal1元件面、微帶走線層，好的走線層

    2.Ground地層，較好的電磁波吸收能力

1 p" Q* @9 ?. B# ~    3.Signal2帶狀線走線層，好的走線層

: j. b: C' K( P3 D6 w4 t    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
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    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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+ |" r: o: z5 r" [4 x    對(duì)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(hào)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量，器件密度，PIN密度，信號(hào)的頻率，板的大小等許多因素。對(duì)于這些因素我們要綜合考慮。對(duì)于信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量越多，器件密度越大，PIN密度越大，信號(hào)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(hào)層都有自己的參考層。