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最新消息| EDA365:PCB設計只懂多層板選擇原則,卻不知疊層設計可不行 | 2022-06-27 |
| 文章来源：由「百度新聞」平台非商業用途取用"https://baijiahao.baidu.com/s?id=1684222667519821776&wfr=spider&for=pc" EDA365網發布時間：11-2414:38PCB層疊結構設計對產品成本、產品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。設計的時候需要考慮各方面的需求，以達到最佳的平衡。在完成元器件的預布局后，一般需要對PCB的布線瓶頸處進行重點分析。結合其他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線如差分線、敏感信號線等的數量和種類來確定信號層的層數；然后根據電源的種類、隔離和抗干擾的要求來確定內電層的數目。1層疊選擇因素考慮電路板的層數越多，特殊信號層、地層和電源層的排列組合的種類也就越多。（1）信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信號層提供屏蔽。（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小的值。（3）電路中的高速信號傳輸層應該是信號中間層，并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信號傳輸提供電磁屏蔽，同時也能有效地將高速信號的輻射限制在兩個內電層之間，不對外造成干擾。（4）避免兩個信號層直接相鄰。相鄰的信號層之間容易引入串擾，從而導致電路功能失效。在兩信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信號層和B信號層采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。常見的疊層設計：（1）四層板疊層結構（2）六層板疊層結構（3） 八層板疊層結構2一到八層電路板的疊層設計方式（1）單面板和雙面板的疊層對于兩層板來說，由于板層數量少，已經不存在疊層的問題。控制EMI輻射主要從布線和布局來考慮；單層板和雙層板的電磁兼容問題越來越突出。造成這種現象的主要原因就是因是信號回路面積過大，不僅產生了較強的電磁輻射，而且使電路對外界干擾敏感。要改善線路的電磁兼容性，最簡單的方法是減小關鍵信號的回路面積。關鍵信號：從電磁兼容的角度考慮，關鍵信號主要指產生較強輻射的信號和對外界敏感的信號。能夠產生較強輻射的信號一般是周期性信號，如時鐘或地址的低位信號。對干擾敏感的信號是指那些電平較低的模擬信號。單、雙層板通常使用在低于10KHz的低頻模擬設計中：1）在同一層的電源走線以輻射狀走線，并最小化線的長度總和；2）走電源、地線時，相互靠近；在關鍵信號線邊上布一條地線，這條地線應盡量靠近信號線。這樣就形成了較小的回路面積，減小差模輻射對外界干擾的敏感度。當信號線的旁邊加一條地線后，就形成了一個面積最小的回路，信號電流肯定會取道這個回路，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，緊靠近信號線的下面，沿著信號線布一條地線，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線的長度。（2）四層板的疊層推薦疊層方式：SIG－GND(PWR)－PWR (GND)－SIGGND－SIG(PWR)－SIG(PWR)－GND對于以上兩種疊層設計，潛在的問題是對于傳統的**1.6mm（62mil）**板厚。層間距將會變得很大，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。對于第一種方案，通常應用于板上芯片較多的情況。這種方案可得到較好的SI性能，對于EMI性能來說并不是很好，主要要通過走線及其他細節來控制。主要注意：地層放在信號最密集的信號層的相連層，有利于吸收和抑制輻射；增大板面積，體現20H規則。（3）六層板的疊層對于芯片密度較大、時鐘頻率較高的設計應考慮6層板的設計。推薦疊層方式：SIG－GND－SIG－PWR－GND－SIG；對于這種方案，這種疊層方案可得到較好的信號完整性，信號層與接地層相鄰，電源層和接地層配對，每個走線層的阻抗都可較好控制，且兩個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信號層都提供較好的回流路徑。GND－SIG－GND－PWR－SIG －GND；對于這種方案，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點，并且這樣頂層和底層的地平面比較完整，能作為一個較好的屏蔽層來使用。需要注意的是電源層要靠近非主元件面的那一層，因為底層的平面會更完整。因此，EMI性能要比第一種方案好。小結：對于六層板的方案,**電源層與地層之間的間距應盡量減小，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，我們疊層時通常選擇第一種方案。設計時，遵循20H規則和鏡像層規則設計。（4）八層板的疊層八層板通常使用下面三種疊層方式：1）由于差的電磁吸收能力和大的電源阻抗，導致這種不是一種好的疊層方式。它的結構如下：Signal 1 元件面、微帶走線層Signal 2 內部微帶走線層，較好的走線層（X方向）GroundSignal 3 帶狀線走線層，較好的走線層（Y方向）Signal 4 帶狀線走線層PowerSignal 5 內部微帶走線層Signal 6 微帶走線層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，各信號層的特性阻抗可以很好的控制。Signal 1 元件面、微帶走線層，好的走線層Ground 地層，較好的電磁波吸收能力Signal 2 帶狀線走線層，好的走線層Power 電源層，與下面的地層構成優秀的電磁吸收Ground 地層Signal 3 帶狀線走線層，好的走線層Power 地層，具有較大的電源阻抗Signal 4 微帶走線層，好的走線層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。Signal 1 元件面、微帶走線層，好的走線層Ground 地層，較好的電磁波吸收能力Signal 2 帶狀線走線層，好的走線層Power 電源層，與下面的地層構成優秀的電磁吸收Ground 地層Signal 3 帶狀線走線層，好的走線層Ground 地層，較好的電磁波吸收能力Signal 4 微帶走線層，好的走線層對于如何選擇設計用幾層板和用什麼方式的疊層，要根據電路板上信號網絡的數量，器件密度，PIN密度，信號的頻率，板的大小等許多因素。對于這些因素我們要綜合考慮。對于信號網絡的數量越多，器件密度越大，PIN密度越大，信號的頻率越高的設計應盡量采用多層板設計。為得到好的EMI性能最好保證每個信號層都有自己的參考層。在設計多層PCB電路板之前，工程師們首先要根據單路規模，電路板尺寸以及電磁兼容性（EMC）的需求來確定電路板的層疊結構。在確定層數之后在確定內電層放置位置以及信號的分布，所以層疊結構的設計尤為重要，文章整理自網路，如有侵權，請聯系系我們舉報反饋 關鍵字標籤：SMT代工加工 |
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