一些關(guān)于多層PCB疊層設(shè)計(jì)的原則

多層PCB通常用于高速、高性能的系統(tǒng)，其中一些層用于電源或地參考平面，這些平面通常是沒(méi)有分割的實(shí)體平面。無(wú)論這些層做什么用途，電壓為多少，它們將作為與之相鄰的信號(hào)走線的電流返回路徑。構(gòu)造一個(gè)好的低阻抗的電流返回路徑最重要的就是合理規(guī)劃這些參考平面的設(shè)計(jì)。圖1所示為一種典型多層PCB疊層配置。

信號(hào)層大部分位于這些金屬實(shí)體參考平面層之間，構(gòu)成對(duì)稱帶狀線或是非對(duì)稱帶狀線。此外，板子的上、下兩個(gè)表面(頂層和底層)，主要用于放置元件的焊盤(pán)，其上也有一些信號(hào)走線，但不能太長(zhǎng)，以減少來(lái)自走線的直接輻射。

圖1 一種典型多層PCB疊層配置

通常用P表示參考平面層;S表示信號(hào)層;T表示頂層;B表示底層。下面以一個(gè)12層的PCB來(lái)說(shuō)明多層PCB的結(jié)構(gòu)和布局，如圖6-14所示，其層的用途分配為“T—P—S—P—s—P—S—P—S—s—P—B”。

下面是一些關(guān)于多層PCB疊層設(shè)計(jì)的原則。

1

為參考平面設(shè)定直流電壓：解決電源完整性的一個(gè)重要措施是使用去耦電容，而去耦電容只能放置在PCB的頂層和底層，去耦電容的效果會(huì)嚴(yán)重受到與其相連的走線、焊盤(pán)，以及過(guò)孔的影響，這就要求連接去耦電容的走線盡量短而寬，過(guò)孔盡量短。如圖所示，將第2層設(shè)置成分配給高速數(shù)字器件(如處理器)的電源;將第4層設(shè)置成高速數(shù)字地;而將去耦電源放置在PCB的頂層;這是一種比較合理的設(shè)計(jì)。此外，要盡量保證由同一個(gè)高速器件所驅(qū)動(dòng)的信號(hào)走線以同樣的電源層作為參考平面，而且此電源層為高速器件的電源。

2

確定多電源參考平面：多電源層將被分割成幾個(gè)電壓不同的實(shí)體區(qū)域，如圖所示中將第11層分配為多電源層，那么其附近的第10層和底層上的信號(hào)電流將會(huì)遭遇不理想的返回路徑，使返回路徑上出現(xiàn)縫隙。對(duì)于高速信號(hào)，這種不合理的返回路徑設(shè)計(jì)可能會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的問(wèn)題。所以，高速信號(hào)布線應(yīng)該遠(yuǎn)離多電源參考平面。

3

多個(gè)地敷銅層可以有效地減小PCB的阻抗，減小共模EMI。

4

信號(hào)層應(yīng)該和鄰近的參考平面緊密耦合(即信號(hào)層和鄰近敷銅層之間的介質(zhì)厚度要很小);電源敷銅和地敷銅應(yīng)該緊密耦合。

5

合理設(shè)計(jì)布線組合：為了完成復(fù)雜的布線，走線的層間轉(zhuǎn)換是不可避免的，而把同一個(gè)信號(hào)路徑所跨越的兩個(gè)層稱為一個(gè)“布線組合”。信號(hào)層間轉(zhuǎn)換時(shí)要保證返回電流可以順利地從-個(gè)參考平面流到另一個(gè)參考平面。事實(shí)上，最妤的布線組合設(shè)計(jì)是避免返回電流從一個(gè)參考平面流到另一個(gè)參考平面，而是簡(jiǎn)單地從參考平面的一個(gè)表面流到另一個(gè)表面。如圖所示中，第3層和第5層、第5層和第7層，以及第7層和第9層都可以作為一個(gè)布線組合。但是把第3層和第9層作為一個(gè)布線組合就不是合理的設(shè)計(jì)，它需要返回電流從第4層耦合到第6層，再?gòu)牡?層耦合到第8層，這條路徑對(duì)于返回電流并不通暢。盡管可以通過(guò)在過(guò)孔附近放置去耦電容或者減小參考平面間的介質(zhì)厚度來(lái)減小地彈，但并非上策，在實(shí)際系統(tǒng)中可能還無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

6

設(shè)定布線方向：在同一信號(hào)層上，保證大多數(shù)布線的方向是一致的，同時(shí)與相鄰信號(hào)層的布線方向正交。如圖所示中，可將第3層和第7層的布線方向設(shè)為“南北”走向，而將第5層和第9層的布線方向設(shè)為“東西”走向。針對(duì)不同的系統(tǒng)，其疊層設(shè)計(jì)的配置有所不同，下面列出一些常用的配置，如表所示。