PCB疊層設(shè)計(jì)層的排布原則和常用層疊結(jié)構(gòu)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 PCB疊層設(shè)計(jì)層的排布原則和常用層疊結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)多層PCB電路板之前，設(shè)計(jì)者需要首先根據(jù)電路的規(guī)模、電路板的尺寸和電磁兼容（EMC）的要求來(lái)確定所采用的電路板構(gòu)造，也就是決定采用4層，6層，還是更多層數(shù)的電路板。確定層數(shù)之后，再確定內(nèi)電層的放置位置以及如何在這些層上分布不同的信號(hào)。這就是多層PCB層疊構(gòu)造的選擇問(wèn)題。 層疊構(gòu)造是影響PCB板EMC性能的一個(gè)重要因素，也是抑制電磁干擾的一個(gè)重要手段。本文介紹多層PCB板層疊構(gòu)造的相關(guān)內(nèi)容。 對(duì)于電源、地的層數(shù)以及信號(hào)層數(shù)確定后，它們之間的相對(duì)排布位置是每一個(gè)PCB工程師都不能回避的話(huà)題； 層的排布一般原則： 1、確定

2、多層PCB板的層疊構(gòu)造需要考慮較多的因素。從布線方面來(lái)說(shuō)，層數(shù)越多越利于布線，但是制板成本和難度也會(huì)隨之增加。對(duì)于生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)，層疊構(gòu)造對(duì)稱(chēng)與否是PCB板制造時(shí)需要關(guān)注的焦點(diǎn)，所以層數(shù)的選擇需要考慮各方面的需求，以到達(dá)的平衡。對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，在完成元器件的預(yù)布局后，會(huì)對(duì)PCB的布線瓶頸處開(kāi)展重點(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(lèi)來(lái)確定信號(hào)層的層數(shù)；然后根據(jù)電源的種類(lèi)、隔離和抗干擾的要求來(lái)確定內(nèi)電層的數(shù)目。這樣，整個(gè)電路板的板層數(shù)目就基本確定了。 2、元件面下面（第二層）為地平面，提供器件屏蔽層以及為頂層布線提供

3、參考平面；敏感信號(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。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。 3、所有信號(hào)層盡可能與地平面相鄰； 4、盡量防止兩信號(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)層之間參加地平面可以有效地防止串?dāng)_。 5、主電源盡可能與其對(duì)應(yīng)地相鄰； 6、兼顧層壓構(gòu)造對(duì)稱(chēng)。 7、對(duì)于母板的層排布，現(xiàn)有母板很難控制平行長(zhǎng)距離布線，對(duì)于板級(jí)工作頻率在50MHZ以上的（50

4、MHZ以下的情況可參照，適當(dāng)放寬），建議排布原則： 元件面、焊接面為完整的地平面（屏蔽）； 無(wú)相鄰平行布線層； 所有信號(hào)層盡可能與地平面相鄰； 關(guān)鍵信號(hào)與地層相鄰，不跨分割區(qū)。 注：具體PCB的層的設(shè)置時(shí)，要對(duì)以上原則開(kāi)展靈活掌握，在領(lǐng)會(huì)以上原則的根底上，根據(jù)實(shí)際單板的需求，如：是否需要一關(guān)鍵布線層、電源、地平面的分割情況等，確定層的排布，切忌生搬硬套，或摳住一點(diǎn)不放。 8、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。 常用的層疊構(gòu)造： 4層板 下面通過(guò) 4 層板的例子來(lái)說(shuō)明如何優(yōu)選各種層疊構(gòu)造的排列組合方式。 對(duì)于常用的 4

5、層板來(lái)說(shuō)，有以下幾種層疊方式（從頂層到底層）。 （1）Siganl_1（Top），GND（Inner_1），POWER（Inner_2），Siganl_2（Bottom）。 （2）Siganl_1（Top），POWER（Inner_1），GND（Inner_2），Siganl_2（Bottom）。 （3）POWER（Top），Siganl_1（Inner_1），GND（Inner_2），Siganl_2（Bottom）。 顯然，方案 3 電源層和地層缺乏有效的耦合，不應(yīng)該被采用。 那么方案 1 和方案 2 應(yīng)該如何開(kāi)展選擇呢？ 一般情況下，設(shè)計(jì)人員都會(huì)選擇方案 1 作為 4層板的構(gòu)造。選擇的原

6、因并非方案 2 不可被采用，而是一般的 PCB 板都只在頂層放置元器件，所以采用方案 1 較為妥當(dāng)。 但是當(dāng)在頂層和底層都需要放置元器件，而且內(nèi)部電源層和地層之間的介質(zhì)厚度較大，耦合不佳時(shí)，就需要考慮哪一層布置的信號(hào)線較少。對(duì)于方案 1而言，底層的信號(hào)線較少，可以采用大面積的銅膜來(lái)與 POWER 層耦合；反之，如果元器件主要布置在底層，則應(yīng)該選用方案 2 來(lái)制板。 如果采用層疊構(gòu)造，那么電源層和地線層本身就已經(jīng)耦合，考慮對(duì)稱(chēng)性的要求，一般采用方案 1。 6層板 在完成 4 層板的層疊構(gòu)造分析后，下面通過(guò)一個(gè) 6 層板組合方式的例子來(lái)說(shuō)明 6 層板層疊構(gòu)造的排列組合方式和優(yōu)選方法。 （1）Sig

7、anl_1（Top），GND（Inner_1），Siganl_2（Inner_2），Siganl_3（Inner_3），POWER（Inner_4），Siganl_4（Bottom）。 方案 1 采用了 4 層信號(hào)層和 2 層內(nèi)部電源/接地層，具有較多的信號(hào)層，有利于元器件之間的布線工作，但是該方案的缺陷也較為明顯，表現(xiàn)為以下兩方面： 電源層和地線層分隔較遠(yuǎn)，沒(méi)有充分耦合。 信號(hào)層 Siganl_2（Inner_2）和 Siganl_3（Inner_3）直接相鄰，信號(hào)隔離性不好，容易發(fā)生串?dāng)_。 （2）Siganl_1（Top），Siganl_2（Inner_1），POWER（Inner_2），

8、GND（Inner_3），Siganl_3（Inner_4），Siganl_4（Bottom）。 方案 2 相對(duì)于方案 1，電源層和地線層有了充分的耦合，比方案 1 有一定的優(yōu)勢(shì)，但是 Siganl_1（Top）和 Siganl_2（Inner_1）以及 Siganl_3（Inner_4）和 Siganl_4（Bottom）信號(hào)層直接相鄰，信號(hào)隔離不好，容易發(fā)生串?dāng)_的問(wèn)題并沒(méi)有得到解決。 （3）Siganl_1（Top），GND（Inner_1），Siganl_2（Inner_2），POWER（Inner_3），GND（Inner_4），Siganl_3（Bottom）。 相對(duì)于方案 1 和方

9、案 2，方案 3 減少了一個(gè)信號(hào)層，多了一個(gè)內(nèi)電層，雖然可供布線的層面減少了，但是該方案解決了方案 1 和方案 2 共有的缺陷。 電源層和地線層嚴(yán)密耦合。 每個(gè)信號(hào)層都與內(nèi)電層直接相鄰，與其他信號(hào)層均有有效的隔離，不易發(fā)生串?dāng)_。 Siganl_2（Inner_2）和兩個(gè)內(nèi)電層 GND（Inner_1）和 POWER（Inner_3）相鄰，可以用來(lái)傳輸高速信號(hào)。兩個(gè)內(nèi)電層可以有效地屏蔽外界對(duì) Siganl_2（Inner_2）層的干擾和Siganl_2（Inner_2）對(duì)外界的干擾。 綜合各個(gè)方面，方案 3 顯然是化的一種，同時(shí)，方案 3 也是 6 層板常用的層疊構(gòu)造。通過(guò)對(duì)以上兩個(gè)例子的分析，相信讀者已經(jīng)對(duì)層疊構(gòu)造有了一定的認(rèn)識(shí)，但是在有些時(shí)候，某一個(gè)方案并不能滿(mǎn)足所有的要求，這就需要考慮各項(xiàng)設(shè)計(jì)原則的優(yōu)先級(jí)問(wèn)題。遺憾的是由于電路板的板層設(shè)計(jì)和實(shí)際電路的特點(diǎn)密切相關(guān)，不同電路的抗干擾性能和設(shè)計(jì)側(cè)重點(diǎn)各有所不同，所以事實(shí)上這些原則并沒(méi)有確定的優(yōu)先級(jí)可供參考。但可以確定的是，設(shè)計(jì)原則 2（內(nèi)部電源層和地層之間應(yīng)該嚴(yán)密耦合）在設(shè)計(jì)時(shí)需要首先得到滿(mǎn)足，另外如果電路中需要傳輸高速信號(hào)，那么設(shè)計(jì)原則 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）就必須得到滿(mǎn)足。 10層板 PCB典型10層板設(shè)計(jì) 一般通用的布線順序是TO