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PCB疊層設(shè)計(jì)

2020-12-09 18:14:33

PCB的疊層設(shè)計(jì)不是層的簡單堆疊,其中地層的安排是關(guān)鍵,它與信號的安排和走向有密切的關(guān)系。多層板的設(shè)計(jì)和普通的PCB相比,除了添加了必要的信號走線層之外,最重要的就是安排了獨(dú)立的電源和地層(鋪銅層)。在高速數(shù)字電路系統(tǒng)中,使用電源和地層來代替以前的電源和地總線的優(yōu)點(diǎn)主要在于:

    1)為數(shù)字信號的變換提供一個穩(wěn)定的參考電壓。

    2)均勻地將電源同時加在每個邏輯器件上。

    3)有效地抑制信號之間的串?dāng)_。

    其原因在于,使用大面積鋪銅作為電源和地層大大減小了電源和地的電阻,使得電源層上的電壓均勻平穩(wěn),而且可以保證每根信號線都有很近的地平面相對應(yīng),這同時也減小了信號線的特征阻抗,也可有效地減少串?dāng)_。所以,對于某些高端的高速電路設(shè)計(jì),已經(jīng)明確規(guī)定一定要使用6層(或以上的)的疊層方案,如Intel對PC133內(nèi)存模塊PCB的要求。這主要就是考慮到多層板在電氣特性,以及對電磁輻射的抑制,甚至在抵抗物理機(jī)械損傷的能力上都明顯優(yōu)于低層數(shù)的PCB。

    一般情況下均按以下原則進(jìn)行疊層設(shè)計(jì):滿足信號的特征阻抗要求;滿足信號回路最小化原則;滿足最小化PCB內(nèi)的信號干擾要求;滿足對稱原則。具體而言在設(shè)計(jì)多層板時需要注意以下幾個方面:

    1)一個信號層應(yīng)該和一個敷銅層相鄰,信號層和敷銅層要間隔放置,最好每個信號層都能和至少一個敷銅層緊鄰。信號層應(yīng)該和臨近的敷銅層緊密耦合(即信號層和臨近敷銅層之間的介質(zhì)厚度很?。?。

    2)電源敷銅和地敷銅應(yīng)該緊密耦合并處于疊層中部??s短電源和地層的距離,有利于電源的穩(wěn)定和減少EMI。盡量避免將信號層夾在電源層與地層之間。電源平面與地平面的緊密相鄰好比形成一個平板電容,當(dāng)兩平面靠的越近,則該電容值就越大。該電容的主要作用是為高頻噪聲(諸如開關(guān)噪聲等)提供一個低阻抗回流路徑,從而使接收器件的電源輸入擁有更小的紋波,增強(qiáng)接收器件本身的性能。

    3)在高速的情況下,可以加入多余的地層來隔離信號層,多個地敷銅層可以有效地減小PCB的阻抗,減小共模EMI。但建議盡量不要多加電源層來隔離,這樣可能造成不必要的噪聲干擾。

    4)系統(tǒng)中的高速信號應(yīng)該在內(nèi)層且在兩個敷銅之間,這樣兩個敷銅可以為這些高速信號提供屏蔽作用,并將這些信號的輻射限制在兩個敷銅區(qū)域。

    5)優(yōu)先考慮高速信號、時鐘信號的傳輸線模型,為這些信號設(shè)計(jì)一個完整的參考平面,盡量避免跨平面分割區(qū),以控制特性阻抗和保證信號回流路徑的完整。

    6)兩信號層相鄰的情況。對于具有高速信號的板卡,理想的疊層是為每一個高速信號層都設(shè)計(jì)一個完整的參考平面,但在實(shí)際中我們總是需要在PCB層數(shù)和PCB成本上做一個權(quán)衡。在這種情況下不能避免有兩個信號層相鄰的現(xiàn)象。目前的做法是讓兩信號層間距加大和使兩層的走線盡量垂直,以避免層與層之間的信號串?dāng)_。

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