淺談PCB的層疊設計

來源：與非網(wǎng) 作者：加油射頻工程師

當把網(wǎng)表導入到layout軟件后，需要做的事，就是疊層的設計。

以前畫數(shù)字硬件板的時候，剛開始選的8層板，后來走線發(fā)現(xiàn)線實在走不開，最后又換成10層板。

據(jù)說有經(jīng)驗的layout工程師，在網(wǎng)表導入后，就可以估算出用幾層板。無奈，我屬于沒經(jīng)驗的兼職layout工程師，還沒練成這個本事，所以只能中途返工。

除了層數(shù)的選擇外，疊層結構也有講究。單板上的東東，籠統(tǒng)的講，分為三種，即電源，地以及信號。所以，疊層也就分為電源層，地層以及信號層。

當然還有，放置器件的層，這個一般在TOP面或者Bottom面。

而疊層的設計，就是電源層，地層以及信號層三者之間的位置關系以及距離關系。通俗的講，就是誰在上，誰在下，誰誰離的近一點，誰誰離的遠一點。

那怎么確定三者之間的位置和距離關系呢？

先記住以下幾點：

(1) 電源層和地層不得已不要分開，相鄰放置，且越近越好。因為這兩層之間形成的平面電容，距離越近，電容越大，對電源的濾波有好處。

(2) 電源和地平面均能作為信號的參考平面，但是呢，優(yōu)先選擇地平面。

(3) 元件面下面最好是地平面，為器件提供屏蔽層，為頂層布線提供參考面。

(4) 所有信號層盡可能與地平面相鄰，保證信號的電流回路不會亂。

(5) 避免兩信號層直接相鄰，若實在沒辦法，走線盡量保持垂直。

(6) 還有考慮層壓結構對稱，要不板子容易彎曲。

4層板的疊層結構可以有下面三種方案。

這三種方案中，優(yōu)先選擇方案1。

關鍵信號優(yōu)先選TOP層，因為在TOP層下面是GND層。射頻和高速信號，走線需要為50ohm，所以疊層厚度需要考慮阻抗控制。GND和PWR層，一般是使用芯板，使其薄點，保證平面電容的去耦效果。

方案2的目的，是想屏蔽得好一點，所以把GND層和PWR層在最外層。

但是理想豐滿，現(xiàn)實骨感。想要在這個疊層條件下，獲得好的屏蔽效果，對使用其的設計有苛刻的要求。

像我們常規(guī)的，具有很多器件的設計，就不適合使用方案2. GND和PWR面會由于元件焊盤的影響，變得極不完整，這就導致S1和S2上的信號的回流亂亂的。同時，GND和PWR離的太遠，去耦效果也大幅度下降。

方案3，和方案1類似。適用于主要器件在BOTTOM布局的情況，關鍵信號在BOTTOM層布線。

6層板的結構有下面4種方案。

六層板時，優(yōu)先考慮方案3.布線層選擇依次為S2,BOTTOM,TOP。主電源在第四層和第五層。

層厚設置上，增大S2和PWR之間的間距(減小電源對S2的影響)，縮小PWR和GND2之間的間距(提升板間電容的去耦效果)，縮小GND1和S2之間的間距(減小電源對S2的影響).

方案1，優(yōu)選布線層TOP和S2，其次是S3和BOTTOM。不過，有時候像射頻布板，沒有專門的電源平面，這時候，布線層就優(yōu)選TOP和BOTTOM層。

方案2，保證了電源和地平面相鄰，保證了板間電容的去耦效果，但TOP,BOTTOM,S2,S3都在外面，只有S2有較好的參考平面。

方案4，適合對于少量信號有高要求的場合，因為S2上下都是GND，EMC性能最好。

八層板的結構有下面5種方案。

優(yōu)選方案2和方案3。

方案2中所有的布線層都與地平面相鄰，與方案1相比，減少了相鄰布線層。

方案3與方案2比，將第七層由GND更改為PWR層，所以需要減少S4上的關鍵布線。

方案4，無相鄰布線層，層壓結構對稱，但是PWR離GND層遠，電源平面阻抗較高。需要適當加大S2和PW1、PWR2和S3之間的距離，縮小GND1和S2、GND3和S3之間的距離。也就是說，讓中間層的布線離電源層遠點，離GND層近點。

方案5，電源和地平面相鄰，有相鄰布線層(s2,s3), S4的參考面是PWR層。如果底層關鍵布線少，且能控制S2和S3的線間串擾，可以考慮該方法。

十層板的方案有如下4種。

優(yōu)選方案2和方案3.

方案3, 擴大電源層與布線層的間距(S2和PWR1，PWR2和S4)，縮小布線層和GND層的間距(S3和GND2，S4和GND3)。

主電源為PWR2層，其對應地為GND2層。布線層優(yōu)先選擇S2,S3,S4,其次是S1和S5。

方案4：與方案3相比，少了一層布線層，但是EMC性能好。如果不考慮成本的話，優(yōu)先選擇這個。