通常,PCB層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計主要遵循兩個規(guī)則:1.每個走線層必須有一個相鄰的參考層(電源層或接地層);2.在相鄰的主電源層和接地層之間保持最小距離,以提供較大的耦合電容;
以下是解釋從兩層板到六層板的堆疊的示例:
一. 單面PCB板和雙面PCB板的層疊
對于兩層板,不再由于層數(shù)少而出現(xiàn)層壓問題??刂艵MI輻射主要從布線和布局上考慮。單層板和雙層板的電磁兼容性問題越來越突出。造成這種現(xiàn)象的主要原因是信號環(huán)路的面積太大,這不僅會產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁輻射,而且會使電路對外部干擾敏感。改善線路電磁兼容性的最簡單方法是減小關(guān)鍵信號的環(huán)路面積。
關(guān)鍵信號:從電磁兼容性的角度來看,關(guān)鍵信號主要是指產(chǎn)生強(qiáng)烈輻射的信號和對外界敏感的信號。能夠產(chǎn)生強(qiáng)輻射的信號通常是周期性信號,例如時鐘或地址的低階信號。對干擾敏感的信號是低電平的模擬信號。
單層和雙層板通常用于10KHz以下的低頻模擬設(shè)計中:
1)同一層的電源線以放射狀走線,使總長度最小化;
2)行走電源線和接地線時,請保持彼此靠近;在按鍵信號線旁邊放置一根接地線,該接地線應(yīng)盡可能靠近信號線。這樣可以減小環(huán)路面積,并降低差模輻射對外部干擾的敏感性。當(dāng)在信號線旁邊添加一條接地線時,會形成一個面積最小的環(huán)路,并且信號電流必定會取代其他接地路徑而成為該環(huán)路。
3)如果是雙層電路板,則可以沿信號線在電路板另一側(cè)鋪設(shè)接地線,使其靠近信號線,并使其盡可能寬。以這種方式形成的環(huán)路的面積等于電路板的厚度乘以信號線的長度。
二. 兩層和四層的層疊
1. SIG-GND(PWR)-PWR(GND)-SIG; 2. GND-SIG(PWR)-SIG(PWR)-GND;對于上述兩種疊層設(shè)計,潛在的問題是,對于傳統(tǒng)的1.6mm(62mil)的板厚度,層間距將變得非常大,這不僅不利于控制阻抗,層間耦合和屏蔽,而且還會使電源接地層之間的距離較大,從而減小了板電容,也不利于過濾噪聲。
對于第一種解決方案,通常適用于板上有許多芯片的情況。該解決方案可以獲得更好的SI性能,這對EMI性能不是很好。它主要由工藝路線和其他細(xì)節(jié)控制。主要注意事項:接地層放置在信號層與信號最密集的連接層中,這有利于吸收和抑制輻射,增加板的面積并反射20H規(guī)則。
對于第二種解決方案,通常將其應(yīng)用于電路板上芯片密度足夠低且芯片周圍有足夠面積(已放置電源所需的銅層)的情況。在此解決方案中,PCB的外層是接地層,中間的兩層是信號/電源層。信號層上的電源使用粗線布線,這可以降低電源電流的路徑阻抗,并且信號微帶路徑的阻抗也較低。它還可以屏蔽通過外層的內(nèi)層信號輻射。從EMI控制的角度來看,這是目前最好的4層PCB結(jié)構(gòu)。
注意:信號和電源層的中間兩層之間的距離應(yīng)加寬,走線的方向應(yīng)垂直,以避免串?dāng)_。板子的面積應(yīng)適當(dāng)控制以反映20H規(guī)則。如果要控制走線的阻抗,則應(yīng)在電源和接地銅線下方仔細(xì)安排以上方案。此外,電源或接地銅應(yīng)盡可能互連,以確保直流和低頻連接。
三. 三層和六層的層疊
對于具有更高芯片密度和更高時鐘頻率的設(shè)計,應(yīng)考慮6層板的設(shè)計。推薦的堆疊方法是:1.SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG;對于此方案,此堆疊方案可以獲得更好的信號完整性,信號層與接地層相鄰,電源層和接地層配對,可以很好地控制走線層的每個阻抗,并且兩個接地層都可以吸收磁力線好。對于完整的電源層和接地層,它可以為每個信號層提供更好的返回路徑。
2. GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND;對于此方案,此方案僅適用于設(shè)備密度不是很高的情況。這種疊層具有上述疊層的所有優(yōu)點(diǎn),并且這種頂部和底部接地層相對完整,可以用作更好的屏蔽層。應(yīng)該注意的是,功率層應(yīng)靠近非主要成分層,因為底層的層將更完整。因此,EMI性能優(yōu)于第一種解決方案。
簡介:對于六層板解決方案,應(yīng)最小化電源層和接地層之間的距離,以獲得良好的電源和接地耦合。然而,盡管減小了62密耳的板厚度和層間隔,但是將主電源和接地層之間的距離控制得非常小仍然不容易。與第一方案和第二方案相比,第二方案的成本大大增加。因此,我們通常在堆疊時選擇第一個選項。設(shè)計時,請遵循20H規(guī)則和鏡像層規(guī)則設(shè)計。