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多层PCB电路板设计原则

by亿方  2017-03-15

  普通线路板分单面走线和双面走线,俗称单面板和双面板,但是高端的电子产品,因产品空间设计因素制约,除表面布线外,内部可以叠加多层线路,生产过程中,制作好每一层线路后,再通过光学设备定位,压合,让多层线路叠加在一片线路板中。俗称多层线路板即多层PCB电路板。凡是大于或等于2层的线路板,都可以称之为多层线路板。多层线路板又可分为,多层硬性线路板,多层软硬线路板,多层软硬结合线路板。  

                

  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。


  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两点:特殊信号层的分布和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、兼顾层结构的对称性。   

  2、避免两个信号层直接相邻。信号层应该与一个内电层相邻(内部电源/地层),相邻的信号层之间容易引入串扰,从而导致电路功能失效。利用内电层的大铜膜来为信号层提供屏蔽。在两信号层之间加入地平面可以有效地避免串扰。

  3、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。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)。

  4、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。

  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。

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