在设计多层PCB电路板之前,设计者首先需要根据电路的规模、电路板的尺寸以及电磁兼容(EMC)的要求来确定电路板结构,即决定是否使用4层、6层或更多层的电路板。确定层数后,确定内部电层的放置位置以及如何在这些层上分配不同的信号。这是多层PCB叠层结构的选择。叠层结构是影响PCB EMC性能的重要因素,也是抑制电磁干扰的重要手段。
图层的选择和叠加原理
确定多层PCB的叠层结构需要考虑很多因素。在布线方面,层数越多,布线越好,但制板成本和难度也会增加。对于制造商来说,叠层结构是否对称是PCB制造中关注的重点,因此层的选择需要考虑各方面的需求,以达到最佳平衡。
对于有经验的设计人员,在完成元器件的预布局后,会重点分析PCB的布线瓶颈。结合其他EDA工具分析电路板的布线密度;然后综合对有特殊布线要求的信号线的数量和类型,如差分线和敏感信号线,确定信号层数;然后根据电源的类型、隔离和抗干扰要求确定内部电层的数量。这样就基本确定了整个电路板的层数。
确定好电路板的层数后,接下来的工作就是合理安排电路各层的放置顺序。在此步骤中,需要考虑以下两个主要因素。
(1) 特殊信号层分布。
(2)权力层级分布。
如果电路板的层数越多,特殊信号层、地层和电源层的排列组合类型也会更多。如何确定哪种组合方式zui更好会比较困难,但一般原则如下。
(1)信号层应与内部电层(内部电源/地层)相邻,内部电层的大铜膜用于为信号层提供屏蔽。
(2)内部电源层与地层应紧密耦合,即内部电源层与地层之间的介质厚度应取较小值,以提高电源层与地层之间的电容,增加谐振频率。内部电源层和层之间的介质厚度可以在 Protel 的层堆栈管理器中设置。选择 [design] / [layer stack manager...] 打开 layer stack manager 对话框。双击预浸文本打开对话框。您可以在对话框的厚度选项中更改绝缘层的厚度。
如果电源和地线之间的电位差较小,可以使用更小的绝缘层厚度,如5MIL(0.127mm)。
(3)电路中的高速信号传输层应为信号中间层,夹在两个内部电层之间。这样,两个内电层的铜膜可以为高速信号传输提供电磁屏蔽,可以有效限制高速信号在两个内电层之间的辐射,不受外界干扰。
(4) 避免两个信号层直接相邻。相邻信号层之间很容易引入串扰,导致电路故障。在两个信号层之间增加一个地平面可以有效地避免串扰。
(5) 多个接地的内部电层可有效降低接地阻抗。例如A信号层和B信号层采用单独的地平面,可以有效降低共模干扰。
(6)考虑楼板结构的对称性。
普通叠层结构