隨著高速電路的不斷涌現(xiàn)，PCB板的復(fù)雜度也越來(lái)越高，為了避免電氣因素的干擾，信號(hào)層和電源層必須分離，所以就牽涉到多層 PCB的設(shè)計(jì)，即疊層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

多層PCB內(nèi)部線路

好的疊層設(shè)計(jì)不僅可以有效地提高電源質(zhì)量、減少串?dāng)_和EMI、提高信號(hào)傳輸性能，還能節(jié)約成本，為布線提供便利，這是任何高速PCB設(shè)計(jì)者都必須首先考慮的問(wèn)題。

廢話不多說(shuō)，直接上干貨!

01 PCB疊層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10大通用原則

1.信號(hào)層與地層或電源層相鄰，避免兩信號(hào)層直接相連

在多層PCB中，通常包含有信號(hào)層(S)、電源層(P)平面和地層(GND)，三者如何排布呢?

電源層和地層通常是沒(méi)有分割的實(shí)體平面，能為相鄰信號(hào)走線的電流提供一個(gè)好的低阻抗的電流返回路徑。因此，信號(hào)層多與電源層或地層相鄰。而且電源層和地層使用大面積鋪銅(故電源層和地層也叫鋪銅層)，其大銅膜能為信號(hào)層提供屏蔽，利于阻抗控制和提高信號(hào)質(zhì)量。

另外，應(yīng)盡量避免兩信號(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)層之間加入地層可以有效地避免串?dāng)_。

2.頂層和底層多是信號(hào)層

多層PCB的頂層和底層通常用于放置元器件和少量走線，因此多是信號(hào)層。一般頂層是元器件，那元器件下面(第二層)可設(shè)為地層，提供器件屏蔽層以及為頂層布線提供參考平面。

頂層多放置元器件

另外，注意頂層與底層的這些信號(hào)走線不能太長(zhǎng)，以減少走線產(chǎn)生的直接輻射。

3.參考平面優(yōu)先選擇地層

電源層和地層都可以作為參考平面，且有一定的屏蔽作用。

兩者的區(qū)別在于：電源層具有較高的特性阻抗，與參考電平存在較大的電位勢(shì)差;而地層一般作接地處理，并作為基準(zhǔn)電平參考點(diǎn)，其屏蔽效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于電源層。

所以，在選擇參考平面時(shí)，優(yōu)先選擇地層。

4.高速信號(hào)層位于信號(hào)中間層

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)鋪銅層之間。這樣兩個(gè)鋪銅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)鋪銅層之間，不對(duì)外造成干擾。

5.電源層與地層最好成對(duì)出現(xiàn)

電源層與地層成對(duì)出現(xiàn)，縮短電源和地層的距離，可以降低電源的阻抗，利于電源的穩(wěn)定和減少EMI。尤其是主電源盡可能與其對(duì)應(yīng)地層相鄰。在高速情況下，可以加入多余的地層來(lái)隔離信號(hào)層，但建議不要多加電源層來(lái)隔離，因?yàn)殡娫磳訒?huì)帶來(lái)較多的高頻噪聲干擾。

6.鋪銅層平衡設(shè)計(jì)

鋪銅層，即電源層或地層最好成對(duì)稱(chēng)排布，如6層板的第2層與第5層，或者第3層與第4層要一起鋪銅，這是考慮到工藝上平橫結(jié)構(gòu)的要求，因?yàn)椴黄胶獾匿併~層可能會(huì)導(dǎo)致PCB膨脹時(shí)的翹曲變形。

7.多電源層遠(yuǎn)離高速信號(hào)層

多電源層要注意遠(yuǎn)離高速數(shù)字信號(hào)布線。因?yàn)槎嚯娫磳訒?huì)被分割成幾個(gè)電壓不同的實(shí)體區(qū)域，如果緊靠多電源層的是信號(hào)層，那么其附近的信號(hào)層上的信號(hào)電流將會(huì)遭遇不理想的返回路徑，使返回路徑上出現(xiàn)縫隙。

8.采用偶數(shù)層結(jié)構(gòu)

經(jīng)典的PCB疊層設(shè)計(jì)幾乎全部是偶數(shù)層的，而不是奇數(shù)層的。偶數(shù)層印制電路板具有成本優(yōu)勢(shì)，同時(shí)偶數(shù)層比奇數(shù)層更能避免電路板翹曲。

9.布線組合安排在鄰近層

為了完成復(fù)雜的布線，走線的層間轉(zhuǎn)換是不可避免的。一個(gè)信號(hào)路徑所跨越的兩個(gè)層稱(chēng)為一個(gè)“布線組合”。最好的布線組合設(shè)計(jì)是避免返回電流從一個(gè)參考平面流到另一個(gè)參考平面，而是從一個(gè)參考平面的一個(gè)點(diǎn)(面)流到另一個(gè)點(diǎn)(面)。

因此，布線組合最好安排在鄰近層，因?yàn)橐粋€(gè)經(jīng)過(guò)多層的路徑對(duì)于返回電流而言是不通暢的。雖然可以通過(guò)在過(guò)孔附近放置去耦電容或者減小參考平面間的介質(zhì)厚度等來(lái)減小地彈，但也非一個(gè)好的設(shè)計(jì)。

10.相鄰信號(hào)層布線方向正交

在同一信號(hào)層上，應(yīng)保證大多數(shù)布線的方向是一致的，同時(shí)應(yīng)與相鄰信號(hào)層的布線方向正交。例如，可以將一個(gè)信號(hào)層的布線方向設(shè)為"Y軸”走向，而將另一個(gè)相鄰的信號(hào)層布線方向設(shè)為“X軸”走向。

以上是我們進(jìn)行疊層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)遵循的一些規(guī)則，但在實(shí)際情況中，有些規(guī)則是相互制約的，因此需要根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行權(quán)衡決定，得到合理的疊層方案。

以常用的四層板為例，以下幾種疊層方式怎么選?

四層板疊層方案

顯然，方案C的電源層和地層缺乏有效的耦合，不應(yīng)該被采用。那么方案A和方案B應(yīng)該如何進(jìn)行選擇呢?

一般情況下，設(shè)計(jì)人員都會(huì)選擇方案A作為四層板的結(jié)構(gòu)。選擇的原因并非方案B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A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A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B來(lái)制板。

02 多層板常用的疊層結(jié)構(gòu)

以下是常見(jiàn)的4-10層板的疊層結(jié)構(gòu)，每一種疊層都有他的利與弊，有的是便于布局布線，有的是EMC性能比較好，有的是信號(hào)完整性比較好，有的是成本較低...實(shí)際使用的時(shí)候會(huì)根據(jù)不同的需求選取不同的疊層結(jié)構(gòu)。

多層板常用的疊層方案，整理：華秋商城

03 多層板制造：如何做好疊層與阻抗匹配?

經(jīng)過(guò)多次“頭腦風(fēng)暴”，PCB疊層結(jié)構(gòu)終于設(shè)計(jì)好了!但這僅僅是從電路設(shè)計(jì)的角度確定了疊層結(jié)構(gòu)，要把設(shè)計(jì)圖變成真正的電路板，還需要選擇合理的層壓結(jié)構(gòu)和做好阻抗控制!凡需要做阻抗控制的多層板，在生產(chǎn)前都需要對(duì)層壓結(jié)構(gòu)和阻抗控制進(jìn)行匹配，并計(jì)算出對(duì)應(yīng)的線寬和線距。

不過(guò)，以上問(wèn)題都不是問(wèn)題，因?yàn)閬?lái)華秋一鍵就能幫你搞定!

一方面，華秋提供多種常用的層壓結(jié)構(gòu)供用戶選擇，滿足市面上大部分疊層需求。

要知道層壓結(jié)構(gòu)的核心在于PP片的厚度。因?yàn)閜p片越薄阻抗越小，PP片越厚阻抗就會(huì)越高。所以我們可以通過(guò)調(diào)PP的厚度來(lái)匹配所需的阻抗。也就是當(dāng)阻抗線不能調(diào)整了，調(diào)整PP片的厚度是最佳選擇。

因此，為方便用戶快速找到合適的層壓結(jié)構(gòu)，華秋提供了3種常用的PP厚度供選用，分別是：7628、2116、1080，滿足大部分制造需求。

華秋常用疊層結(jié)構(gòu)選項(xiàng)

下面我們以四層板、1.6板厚為例，看看這三種層壓結(jié)構(gòu)的的PP厚度區(qū)別。

華秋四層板層壓結(jié)構(gòu)圖(7628型)：PP厚度0.2mm。

點(diǎn)擊放大查看

華秋四層板層壓結(jié)構(gòu)圖(2116型)：PP厚度0.125mm。

點(diǎn)擊放大查看

華秋四層板層壓結(jié)構(gòu)圖(1080型)：PP厚度0.08mm。

點(diǎn)擊放大查看

另一方面，如何做好阻抗控制是眾多用戶頭疼的難題，但在華秋，So easy!華秋會(huì)根據(jù)不同的疊層自動(dòng)計(jì)算不同阻抗控制對(duì)應(yīng)的線寬線距，為用戶做好阻抗匹配，不用人為進(jìn)行復(fù)雜的阻抗計(jì)算，省力又省心!

在華秋下單選擇疊層結(jié)構(gòu)時(shí)，一鍵選擇“華秋幫我匹配疊層”，便有專(zhuān)業(yè)工程師跟進(jìn)訂單，幫客戶做好疊層生產(chǎn)。

也可以選擇“我自己匹配疊層”，填好基礎(chǔ)參數(shù)后，點(diǎn)擊“計(jì)算”，即可查看不同阻抗控制對(duì)應(yīng)的線寬線距，幫助客戶合理匹配疊層結(jié)構(gòu)和阻抗控制。

客戶可自行匹配疊層

華秋提供疊層匹配阻抗的計(jì)算

審核編輯：湯梓紅