一文詳解PCB分層策略及PCB多層板的設計原則

PCB從結構上可分為單面板、雙面板和多層板，不同的板子，它們的設計重點有所不同。本文，我們主要來了解下PCB分層策略以及PCB多層板的設計原則。

PCB分層策略

從信號走線來看，好的分層策略應該是把所有的信號走線放在一層或若干層，這些層緊挨著電源層或接地層。對于電源，好的分層策略應該是電源層與接地層相鄰，且電源層與接地層的距離盡可能小，這就是我們所講的“分層”策略。

優(yōu)良的PCB分層策略如下：

1. 布線層的投影平面應該在其回流平面層區(qū)域內。布線層如果不在其回流平面層地投影區(qū)域內，在布線時將會有信號線在投影區(qū)域外，導致“邊緣輻射”問題，并且還會導致信號回路面積地增大，導致差模輻射增大。

2. 盡量避免布線層相鄰的設置。因為相鄰布線層上的平行信號走線會導致信號串擾，所以如果無法避免布線層相鄰，應該適當拉大兩布線層之間的層間距，縮小布線層與其信號回路之間的層間距。

3.相鄰平面層應避免其投影平面重疊。因為投影重疊時，層與層之間的耦合電容會導致各層之間的噪聲互相耦合。

PCB多層板的設計原則

時鐘頻率超過5MHz，或信號上升時間小于5ns時，為了使信號回路面積能夠得到很好的控制，一般需要使用多層板設計（高速PCB普遍采用多層板來進行設計）。在設計多層板時，我們應注意如下幾點原則：

1．關鍵布線層（時鐘線、總線、接口信號線、射頻線、復位信號線、片選信號線以及各種控制信號線等所在層）應與完整地平面相鄰，優(yōu)選兩地平面之間，如圖1所示。關鍵信號線一般都是強輻射或極其敏感的信號線，靠近地平面布線能夠使其信號回路面積減小，減小其輻射強度或提高抗干擾能力。

圖1 關鍵布線層在兩地平面之間

2．電源平面應相對于其相鄰地平面內縮（建議值5H～20H）。電源平面相對于其回流地平面內縮可以有效抑制“邊緣輻射”問題，如圖2所示。

圖2 電源平面應相對于其相鄰地平面內縮

此外，單板主工作電源平面（使用最廣泛的電源平面）應與其地平面緊鄰，以有效地減小電源電流的回路面積，如圖3所示。

圖3 電源平面應與其地平面緊鄰

3．單板TOP、BOTTOM層是否無≥50MHz的信號線。如有，最好將高頻信號走在兩個平面層之間，以抑制其對空間的輻射。

知識擴展：多層PCB的層數多少取決于電路板的復雜程度，一款PCB設計的層數及層疊方案取決于硬件成本、高密元器件的出線、信號質量控制、原理圖信號定義、PCB 廠家加工能力基線等因素。

PCB單層板和雙層板設計

對于單層板和雙層板的設計，主要應注意關鍵信號線和電源線的設計。電源走線附近必須有地線與其緊鄰、平行走線，以減小電源電流回路面積。

單層板的關鍵信號線兩側應該布“Guide Ground Line”，如圖4所示。雙層板的關鍵信號線地投影平面上應有大面積鋪地，或者同單層板地處理辦法，設計“Guide Ground Line”，如圖5所示。關鍵信號線兩側地“保衛(wèi)地線”一方面可以減小信號回路面積，另外，還可以防止信號線與其他信號線之間地串擾。

圖4單層板的關鍵信號線兩側布“Guide Ground Line”

圖5 雙層板的關鍵信號線地投影平面上大面積鋪地

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