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)。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。

PCB疊層設(shè)計(jì)的十個(gè)小技巧

1.分層

在多層PCB中，通常包含有信號(hào)層(S)、電源(P)平面和接地(GND)平面。電源平面和接地平面通常是沒(méi)有分割的實(shí)體平面，它們將為相鄰信號(hào)走線的電流提供一個(gè)好的低阻抗的電流返回路徑。信號(hào)層大部分位于這些電源或地參考平面層之間，構(gòu)成對(duì)稱帶狀線或非對(duì)稱帶狀線。多層PCB的頂層和底層通常用于放置元器件和少量走線，這些信號(hào)走線要求不能太長(zhǎng)，以減少走線產(chǎn)生的直接輻射。

2.確定單電源參考平面(電源平面)

使用去耦電容是解決電源完整性的一個(gè)重要措施。去耦電容只能放置在PCB的頂層和底層。去耦電容的走線、焊盤(pán)，以及過(guò)孔將嚴(yán)重影響去耦電容的效果，這就要求設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮連接去耦電容的走線應(yīng)盡量短而寬，連接到過(guò)孔的導(dǎo)線也應(yīng)盡量短。例如，在一個(gè)高速數(shù)字電路中，可以將去耦電容放置在PCB的頂層，將第2層分配給高速數(shù)字電路(如處理器)作為電源層，將第3層作為信號(hào)層，將第4層設(shè)置成高速數(shù)字電路地。

此外，要盡量保證由同一個(gè)高速數(shù)字器件所驅(qū)動(dòng)的信號(hào)走線以同樣的電源層作為參考平面，而且此電源層為高速數(shù)字器件的供電電源層。

3.確定多電源參考平面

多電源參考平面將被分割成幾個(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。對(duì)于高速數(shù)字信號(hào)，這種不合理的返回路徑設(shè)計(jì)可能會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的問(wèn)題，所以要求高速數(shù)字信號(hào)布線應(yīng)該遠(yuǎn)離多電源參考平面。

4.確定多個(gè)接地參考平面(接地平面)

多個(gè)接地參考平面(接地層)可以提供一個(gè)好的低阻抗的電流返回路徑，可以減小共模EMl。接地平面和電源平面應(yīng)該緊密耦合，信號(hào)層也應(yīng)該和鄰近的參考平面緊密耦合。減少層與層之間的介質(zhì)厚度可以達(dá)到這個(gè)目的。

5.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。

6.設(shè)定布線方向

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。

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.成本考慮

在制造成本上，在具有相同的PCB面積的情況下，多層電路板的成本肯定比單層和雙層電路板高，而且層數(shù)越多，成本越高。但在考慮實(shí)現(xiàn)電路功能和電路板小型化，保證信號(hào)完整性、EMl、EMC 等性能指標(biāo)等因素時(shí)，應(yīng)盡量使用多層電路板。綜合評(píng)價(jià)，多層電路板與單雙層電路板兩者的成本差異并不會(huì)比預(yù)期的高很多。

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審核編輯：湯梓紅