如何正確使用PCB的分層和堆疊？

1.概述

多層印制板為了有更好的電磁兼容性設(shè)計(jì)。使得印制板在正常工作時(shí)能滿足電磁兼容和敏感度標(biāo)準(zhǔn)。正確的堆疊有助于屏蔽和抑制EMI。

2.多層印制板設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

多層印制板的電磁兼容分析可以基于克?；舴蚨珊头ɡ陔姶鸥袘?yīng)定律。

根據(jù)克?；舴蚨桑魏螘r(shí)域信號(hào)由源到負(fù)載的傳輸都必須有一個(gè)最低阻抗的路徑。見(jiàn)圖一。圖中I=I′,大小相等，方向相反。圖中I我們稱(chēng)為信號(hào)電流，I′稱(chēng)為映象電流，而I′所在的層我們稱(chēng)為映象平面層。如果信號(hào)電流下方是電源層(POWER)，此時(shí)的映象電流回路是通過(guò)電容耦合所達(dá)到的。見(jiàn)圖二。

根據(jù)以上兩個(gè)定律，我們得出在多層印制板分層及堆疊中應(yīng)遵循以下基本原則：

① 電源平面應(yīng)盡量靠近接地平面，并應(yīng)在接地平面之下。

② 布線層應(yīng)安排與映象平面層相鄰。

③ 電源與地層阻抗最低。

④ 在中間層形成帶狀線，表面形成微帶線。兩者特性不同。

⑤ 重要信號(hào)線應(yīng)緊臨地層。

3. PCB板的堆疊與分層

① 二層板。

此板僅能用于低速設(shè)計(jì)。EMC比較差。

② 四層板。

由以下幾種疊層順序。下面分別把各種不同的疊層優(yōu)劣作說(shuō)明。

表一

注：S1 信號(hào)布線一層，S2 信號(hào)布線二層;GND 地層;POWER 電源層

第一種情況，應(yīng)當(dāng)是四層板中最好的一種情況。因?yàn)橥鈱邮堑貙?，?duì)EMI有屏蔽作用，同時(shí)電源層同地層也可靠得很近，使得電源內(nèi)阻較小，取得最佳效果。但第一種情況不能用于當(dāng)本板密度比較大的情況。因?yàn)檫@樣一來(lái)，就不能保證第一層地的完整性，這樣第二層信號(hào)會(huì)變得更差。另外，此種結(jié)構(gòu)也不能用于全板功耗比較大的情況。

表中的第二種情況，是我們平時(shí)最常用的一種方式。從板的結(jié)構(gòu)上，也不適用于高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)。因?yàn)樵谶@種結(jié)構(gòu)中，不易保持低電源阻抗。以一個(gè)板2毫米為例：要求Z0=50ohm. 以線寬為8mil.銅箔厚為35цm。這樣信號(hào)一層與地層中間是0.14mm。而地層與電源層為1.58mm。這樣就大大的增加了電源的內(nèi)阻。在此種結(jié)構(gòu)中,由于輻射是向空間的，需加屏蔽板，才能減少EMI。

表中第三種情況，S1層上信號(hào)線質(zhì)量最好。S2次之。對(duì)EMI有屏蔽作用。但電源阻抗較大。此板能用于全板功耗大而該板是干擾源或者說(shuō)緊鄰著干擾源的情況下。

③ 六層板

表二

A種情況，是常見(jiàn)的方式之一，S1是比較好的布線層。S2次之。但電源平面阻抗較差。布線時(shí)應(yīng)注意S2對(duì)S3層的影響。

B種情況，S2層為好的布線層，S3層次之。電源平面阻抗較好。

C種情況，這種情況是六層板中最好的情況，S1，S2，S3都是好的布線層。電源平面阻抗較好。美中不足的是布線層同前兩種情況少了一層。

D種情況，在六層板中，性能雖優(yōu)于前三種，但布線層少于前兩種。此種情況多在背板中使用。

④ 八層板

表三

八層板，如果要有6個(gè)信號(hào)層，以A種情況為最好。但此種排列不宜用于高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)。如果是5個(gè)信號(hào)層，以C種情況為最好。在這種情況中，S1，S2，S3都是比較好的布線層。同時(shí)電源平面阻抗也比較低。如果是4個(gè)信號(hào)層，以表三中B種情況為最好。每個(gè)信號(hào)層都是良好布線層。在這幾種情況中，相鄰信號(hào)層應(yīng)布線。

⑤ 十層板

表四

十層板如果有6個(gè)信號(hào)層，有A，B，C三種疊層順序。A種情況為最好，C種次之，B種情況最差。其它沒(méi)有列出的情況，比這幾種情況更差。在A種情況中，S1，S6是比較好的布線層。S2，S3，S5次之。這中間要特別指出的是，A同C，A種情況之所以好于C種情況，主要原因是因?yàn)樵贑種情況中，GND層同POWER層的距離是由S5同GND層距離決定的。這樣就不一定能保證GND層同POWER層的電源平面阻抗最小。D種情況應(yīng)當(dāng)說(shuō)是十層板中綜合性能最好的疊層順序。每個(gè)信號(hào)層都是優(yōu)良的布線層。E、F多用于背板。其中F種情況對(duì)EMC的屏蔽作用要好于E。不足之處是在于兩信號(hào)層相接，在布線上要注意。

總之，PCB的分層及疊層是一個(gè)比較復(fù)雜的事情。有多方面的因素要考慮。但我們應(yīng)當(dāng)記住我們要完成的功能，需要那些關(guān)鍵因素。這樣才能找到一個(gè)符合我們要求的印制板分層及疊層順。