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PCB疊層設(shè)計需要了解的7個小竅門

  • 發(fā)布時間:2023-05-24 11:05:56
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  在設(shè)計PCB(印刷電路板)時,最基本的問題之一是需要多少布線層、接地平面和電源平面來實(shí)現(xiàn)電路要求的功能,而印刷電路板的布線層、接地平面和電源平面的層數(shù)以及電路功能、信號完整性的確定。EMI、EMC、制造成本等要求有關(guān)??紤]到PCB的性能要求、成本目標(biāo)、制造技術(shù)以及系統(tǒng)復(fù)雜性等因素,大多數(shù)設(shè)計都有相互沖突的需求。因此,制定PCB的疊層設(shè)計通常需要綜合各種因素進(jìn)行決策。高速數(shù)字電路和射須電路通常采用多層板設(shè)計。

  常用疊層顧名思義,就是大多數(shù)公司或者設(shè)計師常用的用于設(shè)計層疊的一種疊層方式。不管是4層、6層、8層還是10層,一般只需對電源平面層或PP做些微調(diào),就可以作為PCB設(shè)計的通用疊層。

  下面列出了層疊設(shè)計要注意的7個原則:

  一、分層

  在多層PCB中,通常包含有信號層(S)、電源(P)平面和接地(GND)平面。供電平面和接地平面通常是不分割的物理平面,它們可以為相鄰信號線路的電流提供良好的低阻抗電流返回路徑。大多數(shù)信號層位于這些電源或地面參考平面層之間,形成對稱帶狀線或非對稱帶狀線。為了減少線路產(chǎn)生的直接輻射,多層PCB的頂層和底層通常用于放置組件和少量布線。這些信號布線不能太長。

  二、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,以及過孔將嚴(yán)重影響去耦電容的效果,這就要求設(shè)計時必須考慮連接去耦電容的走線應(yīng)盡量短而寬,連接到過孔的導(dǎo)線也應(yīng)盡量短。例如,在高速數(shù)字電路中,去耦電容可以放置在PCB的頂層,第二層可以分配給高速數(shù)字電路(如處理器)作為電源層,第三層可以作為信號層,第四層可以設(shè)置為高速數(shù)字電路。此外,應(yīng)盡可能確保由同一高速數(shù)字設(shè)備驅(qū)動的信號布線以相同的電源層為參考平面,該電源層為高速數(shù)字設(shè)備的電源層。

  三、確認(rèn)多個電源參考平面的平面位置

  多功率參考平面將被劃分為幾個不同電壓的物理區(qū)域。如果信號層靠近多電源層,附近信號層上的信號電流將遇到不理想的返回路徑,導(dǎo)致返回路徑上的間隙。對高速數(shù)字信號而言,這種不合理的返回路徑設(shè)計可能會帶來嚴(yán)重的問題,因此高速數(shù)字信號布線應(yīng)遠(yuǎn)離多電源參考平面。

  四、確認(rèn)多個接地參考平面(接地面)

  采用多個接地參考平面(接地層)可提供優(yōu)質(zhì)的低阻抗電流回流路徑,從而減少共模電磁輻射。接地平面和電源平面應(yīng)該緊密耦合,信號層也應(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)到這個目的。

  五、設(shè)定布線方向

  在同一信號層上,應(yīng)確保大部分接線方向相同,并與相鄰信號層的接線方向正交。例如,可以將一個信號層的布線方向設(shè)為"Y軸”走向,而將另一個相鄰的信號層布線方向設(shè)為“X軸”走向。

  六、采用偶數(shù)層結(jié)構(gòu)

  從所設(shè)計的PCB疊層可以發(fā)現(xiàn),經(jīng)典的疊層設(shè)計幾乎全部是偶數(shù)層的,而不是奇數(shù)層的,這種現(xiàn)急是由多種因素造成的,從印刷電路板的制造工藝可以看出,電路板中的所有導(dǎo)電層都救在芯層上,芯層的材料一般為雙面覆蓋板。當(dāng)芯層得到充分利用時,印刷電路板的導(dǎo)電層數(shù)是偶數(shù)。

  七、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,保證信號完整性、EMl、EMC等性能指標(biāo)等因素時,應(yīng)盡量使用多層電路板。綜合評價,多層電路板與單雙層電路板兩者的成本差異并不會比預(yù)期的高很多。

  綜上所述,PCB四層板的疊層結(jié)構(gòu)中,每一層都有著特定的功能和作用。通過層與層的交錯疊加,可以優(yōu)化電路板的性能和信號傳遞的質(zhì)量,其中GND層的設(shè)計是至關(guān)重要的,不能忽視。在電路板的設(shè)計中,需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景選擇適當(dāng)?shù)寞B層結(jié)構(gòu),從而達(dá)到更優(yōu)的電路板設(shè)計效果。

THE END

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