確定多層 PCB 板的層疊結構需要考慮較多的因素。從佈線方面來說,層數越多越利於佈線 但是制層數越多越利於佈線,但是制層數越多越利於佈線
板成本和難度也會隨之增加。對於生產廠家來說,層疊結構對稱與否 PCB 板製造時需要關注的焦 層疊結構對稱與否是 板成本和難度也會隨之增加
層疊結構對稱與否 點,所以層數的選擇需要考慮各方面的需求,以達到最佳的平衡。
對於有經驗的設計人員來說,在完成元器件的預佈局後,會對 PCB 的佈線瓶頸處進行重點分析 結
完成元器件的預佈局後的佈線瓶頸處進行重點分析 頸處進行重點分析。結
完成元器件的預佈局後工具分析電路板的佈線密度;再綜合有特殊佈線要求的訊號線如差分線、敏感訊號線 有特殊佈線要求的訊號線如差分線 合其他 EDA
工具分析電路板的佈線密度有特殊佈線要求的訊號線如差分線、敏感訊號線等 的數量和種類來確定訊號層的層數 然後根據電源的種類、來確定訊號層的層數; 根據電源的種類、 隔離和抗干擾的要求來確定內電層的數目。來確定訊號層的層數 根據電源的種類 隔離和抗干擾的要求來確定內電層的數目 這樣,整個電路板的板層數目就基本確定了。
確定了電路板的層數後,接下來的工作便是合理地排列各層電路的放置順序。在這一步驟中,需要考慮的因素主要有以下兩點:
(1)特殊訊號層的分佈
(2)電源層和地層的分佈
如果電路板的層數越多,特殊訊號層、地層和電源層的排列組合的種類也就越多,如何來確定哪種組合方式最優也越困難,但總的原則有以下幾條:
地層,利用內電層的大銅膜來為訊號層提供遮蔽:
(1)訊號層應該與一個內電層相鄰(內部電源 地層),利用內電層的大銅膜來為訊號層提供遮蔽。
(2)內部電源層和地層之間應該緊密耦合,也就是說,內部電源層和地層之間的介質厚度應該取較)內部電源層和地層之間應該緊密耦合,也就是說, 小的值,以提高電源層和地層之間的電容,增大諧振頻率。小的值,以提高電源層和地層之間的電容,增大諧振頻率。
(3)電路中的高速訊號傳輸層應該是訊號中間層,並且夾在兩個內電層之間。這樣兩個內電層的銅膜可以為高速訊號傳輸提供電磁遮蔽,同時也能有效地將高速訊號的輻射限制在兩個內電層之間,不對外造成干擾。
(4)避免兩個訊號層直接相鄰。相鄰的訊號層之間容易引入串擾,從而導致電路功能失效;在兩訊號層之間加入地平面可以有效地避免串擾。
(5)多個接地的內電層可以有效地降低接地阻抗;例如,A 訊號層和 B 訊號層採用各自單獨的地平 面,可以有效地降低共模干擾。
(6)兼顧層結構的對稱性。
2.常用的層疊結構
下面透過 4 層板的例子來說明如何優選各種層疊結構的排列組合方式:
對於常用的 4 層板來說,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,不應該被採用。
那麼方案 1 和方案 2 應該如何進行選擇呢?
一般情況下,設計人員都會選擇方案 1 作為 4 層板的結構。原因並非方案 2 不可被採用,而是一般的 PCB
板都只在頂層放置元器件,所以採用方案 1 較為
妥當。但是當在頂層和底層都需要放置元器件,而且內部電源層和地層之間的介質厚度較大,耦合不佳時,就需要考慮哪一層佈置的訊號線較少。對於方案 1
而言,底層的訊號線較少,可以採用大面積 的銅膜來與 POWER 層耦合;反之,如果元器件主要佈置在底層,則應該選用方案 2 來制板。
在完成 4 層板的層疊結構分析後, 下面透過一個 6 層板組合方式的例子來說明 6 層板層疊結構的排列 組合方式和優選方法:
(1)Siganl_1(Top),GND(Inner_1),Siganl_2(Inner_2),Siganl_3(Inner_3),POWER
(In)。 方案 1 採用了 4 層訊號層和 2
層內部電源/接地層,具有較多的訊號層,有利於元器件之間的佈線工作,但是該方案的缺陷也較為明顯,表現為以下兩方面:
① 電源層和地線層分隔較遠,沒有充分耦合
② 訊號層 Siganl_2(Inner_2)和 Siganl_3(Inner_3)直接相鄰,訊號隔離性不好,容易發生串擾
(2)Siganl_1(Top),Siganl_2(Inner_1),POWER(Inner_2),GND(Inner_3),Siganl_3 (In)。
方案 2 相對於方案 1, 電源層和地線層有了充分的耦合, 比方案 1 有一定的優勢, 但是 Siganl_1 (Top) 和
Siganl_2(Inner_1)以及 Siganl_3(Inner_4)和 Siganl_4(Bottom)訊號層直接相鄰,訊號隔
離不好,容易發生串擾的問題並沒有得到解決。
),GND(Inner_1), ),Siganl_2(Inner_2), ),POWER(Inner_3),),GND (3)Siganl_1(Top), ) ( ), ( ), ( ), ( ), (Inner_)。)。
相對於方案 1 和方案 2,方案 3 減少了一個訊號層,多了一個內電層,雖然可供佈線的層面減少了,但是該方案解決了方案 1 和方案 2 共有的缺陷:
電源層和地線層緊密耦合
② 每個訊號層都與內電層直接相鄰,與其他訊號層均有有效的隔離,不易發生串擾
( )相鄰,兩個內電層可以有效地遮蔽外界對 Siganl_2 Inner_2) 輸高速訊號。 高速訊號。 兩個內電層可以有效地遮蔽外界對( )
層的干擾和 Siganl_2 Inner_2) ( ) 對外界的干擾。
綜合各個方面,方案 3 顯然是最最佳化的一種,同時,方案 3 也是 6 層板常用的層疊結構。
確定多層 PCB 板的層疊結構需要考慮較多的因素。從佈線方面來說,層數越多越利於佈線 但是制層數越多越利於佈線,但是制層數越多越利於佈線
板成本和難度也會隨之增加。對於生產廠家來說,層疊結構對稱與否 PCB 板製造時需要關注的焦 層疊結構對稱與否是 板成本和難度也會隨之增加
層疊結構對稱與否 點,所以層數的選擇需要考慮各方面的需求,以達到最佳的平衡。
對於有經驗的設計人員來說,在完成元器件的預佈局後,會對 PCB 的佈線瓶頸處進行重點分析 結
完成元器件的預佈局後的佈線瓶頸處進行重點分析 頸處進行重點分析。結
完成元器件的預佈局後工具分析電路板的佈線密度;再綜合有特殊佈線要求的訊號線如差分線、敏感訊號線 有特殊佈線要求的訊號線如差分線 合其他 EDA
工具分析電路板的佈線密度有特殊佈線要求的訊號線如差分線、敏感訊號線等 的數量和種類來確定訊號層的層數 然後根據電源的種類、來確定訊號層的層數; 根據電源的種類、 隔離和抗干擾的要求來確定內電層的數目。來確定訊號層的層數 根據電源的種類 隔離和抗干擾的要求來確定內電層的數目 這樣,整個電路板的板層數目就基本確定了。
確定了電路板的層數後,接下來的工作便是合理地排列各層電路的放置順序。在這一步驟中,需要考慮的因素主要有以下兩點:
(1)特殊訊號層的分佈
(2)電源層和地層的分佈
如果電路板的層數越多,特殊訊號層、地層和電源層的排列組合的種類也就越多,如何來確定哪種組合方式最優也越困難,但總的原則有以下幾條:
地層,利用內電層的大銅膜來為訊號層提供遮蔽:
(1)訊號層應該與一個內電層相鄰(內部電源 地層),利用內電層的大銅膜來為訊號層提供遮蔽。
(2)內部電源層和地層之間應該緊密耦合,也就是說,內部電源層和地層之間的介質厚度應該取較)內部電源層和地層之間應該緊密耦合,也就是說, 小的值,以提高電源層和地層之間的電容,增大諧振頻率。小的值,以提高電源層和地層之間的電容,增大諧振頻率。
(3)電路中的高速訊號傳輸層應該是訊號中間層,並且夾在兩個內電層之間。這樣兩個內電層的銅膜可以為高速訊號傳輸提供電磁遮蔽,同時也能有效地將高速訊號的輻射限制在兩個內電層之間,不對外造成干擾。
(4)避免兩個訊號層直接相鄰。相鄰的訊號層之間容易引入串擾,從而導致電路功能失效;在兩訊號層之間加入地平面可以有效地避免串擾。
(5)多個接地的內電層可以有效地降低接地阻抗;例如,A 訊號層和 B 訊號層採用各自單獨的地平 面,可以有效地降低共模干擾。
(6)兼顧層結構的對稱性。
2.常用的層疊結構
下面透過 4 層板的例子來說明如何優選各種層疊結構的排列組合方式:
對於常用的 4 層板來說,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,不應該被採用。
那麼方案 1 和方案 2 應該如何進行選擇呢?
一般情況下,設計人員都會選擇方案 1 作為 4 層板的結構。原因並非方案 2 不可被採用,而是一般的 PCB
板都只在頂層放置元器件,所以採用方案 1 較為
妥當。但是當在頂層和底層都需要放置元器件,而且內部電源層和地層之間的介質厚度較大,耦合不佳時,就需要考慮哪一層佈置的訊號線較少。對於方案 1
而言,底層的訊號線較少,可以採用大面積 的銅膜來與 POWER 層耦合;反之,如果元器件主要佈置在底層,則應該選用方案 2 來制板。
在完成 4 層板的層疊結構分析後, 下面透過一個 6 層板組合方式的例子來說明 6 層板層疊結構的排列 組合方式和優選方法:
(1)Siganl_1(Top),GND(Inner_1),Siganl_2(Inner_2),Siganl_3(Inner_3),POWER
(In)。 方案 1 採用了 4 層訊號層和 2
層內部電源/接地層,具有較多的訊號層,有利於元器件之間的佈線工作,但是該方案的缺陷也較為明顯,表現為以下兩方面:
① 電源層和地線層分隔較遠,沒有充分耦合
② 訊號層 Siganl_2(Inner_2)和 Siganl_3(Inner_3)直接相鄰,訊號隔離性不好,容易發生串擾
(2)Siganl_1(Top),Siganl_2(Inner_1),POWER(Inner_2),GND(Inner_3),Siganl_3 (In)。
方案 2 相對於方案 1, 電源層和地線層有了充分的耦合, 比方案 1 有一定的優勢, 但是 Siganl_1 (Top) 和
Siganl_2(Inner_1)以及 Siganl_3(Inner_4)和 Siganl_4(Bottom)訊號層直接相鄰,訊號隔
離不好,容易發生串擾的問題並沒有得到解決。
),GND(Inner_1), ),Siganl_2(Inner_2), ),POWER(Inner_3),),GND (3)Siganl_1(Top), ) ( ), ( ), ( ), ( ), (Inner_)。)。
相對於方案 1 和方案 2,方案 3 減少了一個訊號層,多了一個內電層,雖然可供佈線的層面減少了,但是該方案解決了方案 1 和方案 2 共有的缺陷:
電源層和地線層緊密耦合
② 每個訊號層都與內電層直接相鄰,與其他訊號層均有有效的隔離,不易發生串擾
( )相鄰,兩個內電層可以有效地遮蔽外界對 Siganl_2 Inner_2) 輸高速訊號。 高速訊號。 兩個內電層可以有效地遮蔽外界對( )
層的干擾和 Siganl_2 Inner_2) ( ) 對外界的干擾。
綜合各個方面,方案 3 顯然是最最佳化的一種,同時,方案 3 也是 6 層板常用的層疊結構。