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PCB层叠结构设计

发布日期:2020-02-25

通常,PCB层叠结构设计主要遵循两个规则:1.每个走线层必须有一个相邻的参考层(电源层或接地层);2.在相邻的主电源层和接地层之间保持最小距离,以提供较大的耦合电容;

以下是解释从两层板到六层板的堆叠的示例:

一. 单面PCB板和双面PCB板的层叠

对于两层板,不再由于层数少而出现层压问题。控制EMI辐射主要从布线和布局上考虑。

单层板和双层板的电磁兼容性问题越来越突出。造成这种现象的主要原因是信号环路的面积太大,这不仅会产生强烈的电磁辐射,而且会使电路对外部干扰敏感。改善线路电磁兼容性的最简单方法是减小关键信号的环路面积。

关键信号:从电磁兼容性的角度来看,关键信号主要是指产生强烈辐射的信号和对外界敏感的信号。能够产生强辐射的信号通常是周期性信号,例如时钟或地址的低阶信号。对干扰敏感的信号是低电平的模拟信号。

单层和双层板通常用于10KHz以下的低频模拟设计中:

1)同一层的电源线以放射状走线,使总长度最小化;
2)行走电源线和接地线时,请保持彼此靠近;在按键信号线旁边放置一根接地线,该接地线应尽可能靠近信号线。这样可以减小环路面积,并降低差模辐射对外部干扰的敏感性。当在信号线旁边添加一条接地线时,会形成一个面积最小的环路,并且信号电流必定会取代其他接地路径而成为该环路。
3)如果是双层电路板,则可以沿信号线在电路板另一侧铺设接地线,使其靠近信号线,并使其尽可能宽。以这种方式形成的环路的面积等于电路板的厚度乘以信号线的长度。

二. 两层和四层的层叠

1. SIG-GND(PWR)-PWR(GND)-SIG; 2. GND-SIG(PWR)-SIG(PWR)-GND;

对于上述两种叠层设计,潜在的问题是,对于传统的1.6mm(62mil)的板厚度,层间距将变得非常大,这不仅不利于控制阻抗,层间耦合和屏蔽,而且还会使电源接地层之间的距离较大,从而减小了板电容,也不利于过滤噪声。

对于第一种解决方案,通常适用于板上有许多芯片的情况。该解决方案可以获得更好的SI性能,这对EMI性能不是很好。它主要由工艺路线和其他细节控制。主要注意事项:接地层放置在信号层与信号最密集的连接层中,这有利于吸收和抑制辐射,增加板的面积并反射20H规则。

对于第二种解决方案,通常将其应用于电路板上芯片密度足够低且芯片周围有足够面积(已放置电源所需的铜层)的情况。在此解决方案中,PCB的外层是接地层,中间的两层是信号/电源层。信号层上的电源使用粗线布线,这可以降低电源电流的路径阻抗,并且信号微带路径的阻抗也较低。它还可以屏蔽通过外层的内层信号辐射。从EMI控制的角度来看,这是目前最好的4层PCB结构。

注意:信号和电源层的中间两层之间的距离应加宽,走线的方向应垂直,以避免串扰。板子的面积应适当控制以反映20H规则。如果要控制走线的阻抗,则应在电源和接地铜线下方仔细安排以上方案。此外,电源或接地铜应尽可能互连,以确保直流和低频连接。


三. 三层和六层的层叠

对于具有更高芯片密度和更高时钟频率的设计,应考虑6层板的设计。推荐的堆叠方法是:

1.SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG;对于此方案,此堆叠方案可以获得更好的信号完整性,信号层与接地层相邻,电源层和接地层配对,可以很好地控制走线层的每个阻抗,并且两个接地层都可以吸收磁力线好。对于完整的电源层和接地层,它可以为每个信号层提供更好的返回路径。

2. GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND;对于此方案,此方案仅适用于设备密度不是很高的情况。这种叠层具有上述叠层的所有优点,并且这种顶部和底部接地层相对完整,可以用作更好的屏蔽层。应该注意的是,功率层应靠近非主要成分层,因为底层的层将更完整。因此,EMI性能优于第一种解决方案。

简介:对于六层板解决方案,应最小化电源层和接地层之间的距离,以获得良好的电源和接地耦合。然而,尽管减小了62密耳的板厚度和层间隔,但是将主电源和接地层之间的距离控制得非常小仍然不容易。与第一方案和第二方案相比,第二方案的成本大大增加。因此,我们通常在堆叠时选择第一个选项。设计时,请遵循20H规则和镜像层规则设计。


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