多层PCB板的叠层结构设计分析

　　随着电子产品的速度越来越快,功能越来越多,导致电子产品的核心元件印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)所需元器件越来越多,信号频率越来越高,这会使设计者选择多层PCB来应对。与此同时也会带来许多问题,如PCB的电磁兼容性(Electromagnetic Compatible,EMC)、信号完整性(Signal Integrity,SI)、电源完整性(PowerIntegrity,PI)、布局布线以及层叠结构设计等。

　　其中,多层PCB层叠结构设计对PCB的电磁兼容性、布局布线有直接影响,同时对信号完整性、电源完整性也有着重要的影响,即多层PCB层叠结构设计是多层PCB设计至关重要的一步。

　　多层PCB板的叠层结构设计：

　　在设计多层PCB电路板之前，设计者需要首先根据电路的规模、电路板的尺寸和电磁兼容(EMC) 的要求来确定所采用的电路板结构，也就是决定采用4层，6层，还是更多层数的电路板。确定层数之后，再确定内电层的放置位置以及如何在这些层上分布不同的信号。这就是多层PCB层叠结构的选择问题。层叠结构是影响PCB板EMC性能的一个重要因素，也是抑制电磁干扰的一个重要手段。

　　1 、层数的选择和叠加原则

　　确定多层PCB板的层叠结构需要考虑较多的因素。从布线方面来说，层数越多越利于布线，但是制板成本和难度也会随之增加。对于生产厂家来说，层叠结构对称与否是PCB板制造时需要关注的焦点，所以层数的选择需要考虑各方面的需求，以达到最佳的平衡。

　　对于有经验的设计人员来说，在完成元器件的预布局后，会对PCB的布线瓶颈处进行重点分析。结合其他EDA工具分析电路板的布线密度;再综合有特殊布线要 求的信号线如差分线、敏感信号线等的数量和种类来确定信号层的层数;然后根据电源的种类、隔离和抗干扰的要求来确定内电层的数目。这样，整个电路板的板层 数目就基本确定了。

　　确定了电路板的层数后，接下来的工作便是合理地排列各层电路的放置顺序。在这一步骤中，需要考虑的因素主要有以下两点。

　　(1)特殊信号层的分布。

　　(2)电源层和地层的分布。

　　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的种类也就越多，如何来确定哪种组合方式最优也越困难，但总的原则有以下几条。

　　(1)信号层应该与一个内电层相邻(内部电源/地层)，利用内电层的大铜膜来为信号层提供屏蔽。

　　(2)内部电源层和地层之间应该紧密耦合，也就是说，内部电源层和地层之间的介质厚度应该取较小的值，以提高电源层和地层之间的电容，增大谐振频率。内部 电源层和地层之间的介质厚度可以在Protel的Layer Stack Manager(层堆栈管理器)中进行设置。选择【Design】/【Layer Stack Manager…】命令，系统弹出层堆栈管理器对话框，用鼠标双击Prepreg文本，可在该对话框的Thickness选 项中改变绝缘层的厚度。

　　如果电源和地线之间的电位差不大的话，可以采用较小的绝缘层厚度，例如5mil(0.127mm)。

　　(3)电路中的高速信号传输层应该是信号中间层，并且夹在两个内电层之间。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，同时也能有效地将高速信号的辐射限制在两个内电层之间，不对外造成干扰。

　　(4)避免两个信号层直接相邻。相邻的信号层之间容易引入串扰，从而导致电路功能失效。在两信号层之间加入地平面可以有效地避免串扰。

　　(5)多个接地的内电层可以有效地降低接地阻抗。例如，A信号层和B信号层采用各自单独的地平面，可以有效地降低共模干扰。

　　(6)兼顾层结构的对称性。

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