PCB多層板選擇的原則是什么？

PCB層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品成本、產(chǎn)品EMC的好壞都有直接的影響。板層的增加，方便了布線，但也增加了成本。設(shè)計(jì)的時(shí)候需要考慮各方面的需求，以達(dá)到最佳的平衡。

在完成元器件的預(yù)布局后，一般需要對(duì)PCB布線瓶頸處進(jìn)行重點(diǎn)分析。結(jié)合其他EDA工具分析電路板的布線密度；再綜合有特殊布線要求的信號(hào)線如差分線、敏感信號(hào)線等的數(shù)量和種類來(lái)確定信號(hào)層的層數(shù)；然后根據(jù)電源的種類、隔離和抗干擾的要求來(lái)確定內(nèi)電層的數(shù)目。

01層疊選擇因素考慮

電路板的層數(shù)越多，特殊信號(hào)層、地層和電源層的排列組合的種類也就越多。

（1）信號(hào)層應(yīng)該與一個(gè)內(nèi)電層相鄰（內(nèi)部電源/地層），利用內(nèi)電層的大銅膜來(lái)為信號(hào)層提供屏蔽。

（2）內(nèi)部電源層和地層之間應(yīng)該緊密耦合，也就是說(shuō)，內(nèi)部電源層和地層之間的介質(zhì)厚度應(yīng)該取較小的值。

（3）電路中的高速信號(hào)傳輸層應(yīng)該是信號(hào)中間層，并且?jiàn)A在兩個(gè)內(nèi)電層之間。這樣兩個(gè)內(nèi)電層的銅膜可以為高速信號(hào)傳輸提供電磁屏蔽，同時(shí)也能有效地將高速信號(hào)的輻射限制在兩個(gè)內(nèi)電層之間，不對(duì)外造成干擾。

（4）避免兩個(gè)信號(hào)層直接相鄰。相鄰的信號(hào)層之間容易引入串?dāng)_，從而導(dǎo)致電路功能失效。在兩信號(hào)層之間加入地平面可以有效地避免串?dāng)_。

（5）多個(gè)接地的內(nèi)電層可以有效地降低接地阻抗。例如，A信號(hào)層和B信號(hào)層采用各自單獨(dú)的地平面，可以有效地降低共模干擾。

（6）兼顧層結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性。

02一到八層電路板的疊層設(shè)計(jì)方式

1）單面板和雙面板的疊層

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是信號(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)。

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；

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)取道這個(gè)回路，而不是其它地線路徑。

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pcb線路板的厚度乘以信號(hào)線的長(zhǎng)度。

2）四層板的疊層

推薦疊層方式：
2.1 SIG－GND(PWR)－PWR (GND)－SIG；
2.2 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。

3）六層板的疊層

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：
3.1 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。

3.2 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。

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)。

4）八層板的疊層

八層板通常使用下面三種疊層方式
4.1 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：
　　
1 Signal 1 元件面、微帶走線層
2 Signal 2 內(nèi)部微帶走線層，較好的走線層（X方向）
3 Ground
4 Signal 3 帶狀線走線層，較好的走線層（Y方向）

5 Signal 4 帶狀線走線層
6 Power
7 Signal 5 內(nèi)部微帶走線層
8 Signal 6 微帶走線層
　　
4.2 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。

1 Signal 1 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
3 Signal 2 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
6 Signal 3 帶狀線走線層，好的走線層
7 Power 地層，具有較大的電源阻抗
8 Signal 4 微帶走線層，好的走線層

4.3 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 Signal 1 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
3 Signal 2 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
6 Signal 3 帶狀線走線層，好的走線層
7 Ground 地層，較好的電磁波吸收能力
8 Signal 4 微帶走線層，好的走線層

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)電路板上信號(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。

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