「EDA365电子论坛」直到看见这篇文章......,一直没懂PCB叠层设计
总的来说叠层设计主要要遵从两个规矩:
1.每个走线层都必须有一个邻近的参考层(电源或地层);
2.邻近的主电源层和地层要保持最小间距,以提供较大的耦合电容;

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下面列出从两层板到八层板的叠层来进行示例讲解:
一、单面PCB板和双面PCB板的叠层
对于两层板来说 , 由于板层数量少 , 已经不存在叠层的问题 。 控制EMI辐射主要从布线和布局来考虑;
单层板和双层板的电磁兼容问题越来越突出 。 造成这种现象的主要原因就是因是信号回路面积过大 , 不仅产生了较强的电磁辐射 , 而且使电路对外界干扰敏感 。 要改善线路的电磁兼容性 , 最简单的方法是减小关键信号的回路面积 。
关键信号:从电磁兼容的角度考虑 , 关键信号主要指产生较强辐射的信号和对外界敏感的信号 。 能够产生较强辐射的信号一般是周期性信号 , 如时钟或地址的低位信号 。 对干扰敏感的信号是指那些电平较低的模拟信号 。
单、双层板通常使用在低于10KHz的低频模拟设计中:
1)在同一层的电源走线以辐射状走线 , 并最小化线的长度总和;
2)走电源、地线时 , 相互靠近;在关键信号线边上布一条地线 , 这条地线应尽量靠近信号线 。 这样就形成了较小的回路面积 , 减小差模辐射对外界干扰的敏感度 。 当信号线的旁边加一条地线后 , 就形成了一个面积最小的回路 , 信号电流肯定会取道这个回路 , 而不是其它地线路径 。
3)如果是双层线路板 , 可以在线路板的另一面 , 紧靠近信号线的下面 , 沿着信号线布一条地线 , 一线尽量宽些 。 这样形成的回路面积等于线路板的厚度乘以信号线的长度 。
二、四层板的叠层
1.SIG-GND(PWR)-PWR(GND)-SIG;
2.GND-SIG(PWR)-SIG(PWR)-GND;
对于以上两种叠层设计 , 潜在的问题是对于传统的1.6mm(62mil)板厚 。 层间距将会变得很大 , 不仅不利于控制阻抗 , 层间耦合及屏蔽;特别是电源地层之间间距很大 , 降低了板电容 , 不利于滤除噪声 。
对于第一种方案 , 通常应用于板上芯片较多的情况 。 这种方案可得到较好的SI性能 , 对于EMI性能来说并不是很好 , 主要要通过走线及其他细节来控制 。 主要注意:地层放在信号最密集的信号层的相连层 , 有利于吸收和抑制辐射;增大板面积 , 体现20H规则 。
对于第二种方案 , 通常应用于板上芯片密度足够低和芯片周围有足够面积(放置所要求的电源覆铜层)的场合 。 此种方案PCB的外层均为地层 , 中间两层均为信号/电源层 。 信号层上的电源用宽线走线 , 这可使电源电流的路径阻抗低 , 且信号微带路径的阻抗也低 , 也可通过外层地屏蔽内层信号辐射 。 从EMI控制的角度看 , 这是现有的最佳4层PCB结构 。
主要注意:中间两层信号、电源混合层间距要拉开 , 走线方向垂直 , 避免出现串扰;适当控制板面积 , 体现20H规则;如果要控制走线阻抗 , 上述方案要非常小心地将走线布置在电源和接地铺铜岛的下边 。 另外 , 电源或地层上的铺铜之间应尽可能地互连在一起 , 以确保DC和低频的连接性 。
三、六层板的叠层
对于芯片密度较大、时钟频率较高的设计应考虑6层板的设计 , 推荐叠层方式:
1.SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG;
对于这种方案 , 这种叠层方案可得到较好的信号完整性 , 信号层与接地层相邻 , 电源层和接地层配对 , 每个走线层的阻抗都可较好控制 , 且两个地层都是能良好的吸收磁力线 。 并且在电源、地层完整的情况下能为每个信号层都提供较好的回流路径 。
2.GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND;
对于这种方案 , 该种方案只适用于器件密度不是很高的情况 , 这种叠层具有上面叠层的所有优点 , 并且这样顶层和底层的地平面比较完整 , 能作为一个较好的屏蔽层来使用 。 需要注意的是电源层要靠近非主元件面的那一层 , 因为底层的平面会更完整 。 因此 , EMI性能要比第一种方案好 。
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