PCB層疊設(shè)計(jì)需考慮的因素和規(guī)則

PCB的層數(shù)多少取決于電路板的復(fù)雜程度，從PCB的加工過程來看，多層PCB是將多個(gè)“雙面板PCB”通過疊加、壓合工序制造出來的。但多層PCB的層數(shù)、各層之間的疊加順序及板材選擇是由電路板設(shè)計(jì)師決定的，這就是所謂的“PCB層疊設(shè)計(jì)”。

PCB層疊設(shè)計(jì)需考慮的因素

一款PCB設(shè)計(jì)的層數(shù)及層疊方案取決于以下幾個(gè)因素：

1、硬件成本：PCB層數(shù)的多少與最終的硬件成本直接相關(guān)，層數(shù)越多硬件成本就越高，以消費(fèi)類產(chǎn)品為代表的硬件PCB一般對(duì)于層數(shù)有最高限制，例如筆記本電腦產(chǎn)品的主板PCB層數(shù)通常為4~6層，很少超過8層；

2、高密元器件的出線：以BGA封裝器件為代表的高密元器件，此類元器件的出線層數(shù)基本決定了PCB板的布線層層數(shù)；

3、信號(hào)質(zhì)量控制：對(duì)于高速信號(hào)比較集中的PCB設(shè)計(jì)，如果重點(diǎn)關(guān)注信號(hào)質(zhì)量，那么就要求減少相鄰層布線以降低信號(hào)間串?dāng)_，這時(shí)布線層層數(shù)與參考層層數(shù)（Ground層或Power層）的比例最好是1:1，就會(huì)造成PCB設(shè)計(jì)層數(shù)的增加；反之，如果對(duì)于信號(hào)質(zhì)量控制不強(qiáng)制要求，則可以使用相鄰布線層方案，從而降低PCB層數(shù)；

4、原理圖信號(hào)定義：原理圖信號(hào)定義會(huì)決定PCB布線是否“通順”，糟糕的原理圖信號(hào)定義會(huì)導(dǎo)致PCB布線不順、布線層數(shù)增加；

5、PCB廠家加工能力基線：PCB設(shè)計(jì)者給出的層疊設(shè)計(jì)方案（疊層方式、疊層厚度 等），必須要充分考慮PCB廠家的加工能力基線，如：加工流程、加工設(shè)備能力、常用PCB板材型號(hào)等 。

PCB層疊設(shè)計(jì)需要在以上所有設(shè)計(jì)影響因素中尋求優(yōu)先級(jí)和平衡點(diǎn)。

PCB層疊設(shè)計(jì)的一般規(guī)則

1、地層與信號(hào)層之間應(yīng)緊密耦合，意思就是說，地層與電源層之間的距離應(yīng)盡量小，介質(zhì)厚度應(yīng)盡量小，以增大電源層與地層之間的電容（如果這里不明白，大家可以想一下平板電容，電容的大小與間距成反比）。

2、兩個(gè)信號(hào)層之間盡量不要直接相鄰，這樣容易發(fā)生信號(hào)的串?dāng)_，影響電路的性能。

3、對(duì)于多層電路板，例如4層板，6層板，一般要求信號(hào)層盡量與一個(gè)內(nèi)電層（地層或者電源層）相鄰，這樣可以利用內(nèi)電層的大面積覆銅來起到屏蔽信號(hào)層的作用，從而有效的避免了信號(hào)層之間的串?dāng)_。

4、對(duì)于高速信號(hào)層，一般要位于兩個(gè)內(nèi)電層之間，這樣做的目的是一方面起到對(duì)高速信號(hào)提供一個(gè)有效的屏蔽層，另一方面則將高速信號(hào)限制在兩個(gè)內(nèi)電層之間，減小對(duì)其他信號(hào)層的干擾。

5、要考慮層疊結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性。

6、多個(gè)接地的內(nèi)電層可以有效的降低接地阻抗。

推薦的層疊結(jié)構(gòu)

1、把高頻走線布在頂層，以避免高頻走線過程中使用到過孔而引入感應(yīng)電感。在頂層隔離器和發(fā)送接收電路的數(shù)據(jù)線用高頻走線直接相連。

2、高頻信號(hào)線下面放置一個(gè)地平面，以控制傳輸連接線的阻抗，也提供了一個(gè)非常低電感的通路給返回電流（return current）流過。

3、將電源層置于接地層下面。這兩個(gè)參考層構(gòu)成了一個(gè)大約為100pF/inch2的附加高頻旁路電容器。

4、在底層布線布置低速控制信號(hào)。這些信號(hào)線擁有較大的余量來承受過孔引起的阻抗不連續(xù)，這樣的話就更有靈活性。

▲四層板疊層設(shè)計(jì)示例

如果還需要增加供電層（Vcc）或信號(hào)層，增加的第二組電源層/地層必須對(duì)稱層疊。這樣層疊層壓結(jié)構(gòu)才穩(wěn)定，板子也不會(huì)翹曲。不同電壓的電源層和地層之間應(yīng)該靠近一點(diǎn)，這樣增加高頻旁路電容，從而抑制噪聲。

提醒：這里還有一層的意思就是要使用偶數(shù)層PCB，避免使用奇數(shù)層。因?yàn)槠鏀?shù)層電路板容易彎曲。

（圖文內(nèi)容整理自：快點(diǎn)兒PCB學(xué)院、CSDN“boy_mey”的博客及網(wǎng)絡(luò)）
編輯：hfy