1,、層疊的定義及添加
對高速多層板來說,,默認的兩層設計無法滿足布線信號質量及走線密度要求,,這個時候需要對PCB層疊進行添加,以滿足設計的要求,。
2,、正片層與負片層
正片層就是平常用于走線的信號層(直觀上看到的地方就是銅線),可以用“線”“銅皮”等進行大塊鋪銅與填充操作,,如圖8-32所示,。
圖8-32 正片層
負片層則正好相反,即默認鋪銅,,就是生成一個負片層之后整一層就已經被鋪銅了,,走線的地方是分割線,沒有銅存在,。要做的事情就是分割鋪銅,,再設置分割后的鋪銅的網絡即可,,如圖8-33所示。
圖8-33 負片層
3,、內電層的分割實現
在Protel版本中,,內電壓是用“分裂”來分割的,而現在用的版本Altium Designer 19直接用“線條”,、快捷鍵“PL”來分割,。分割線不宜太細,可以選擇15mil及以上,。分割鋪銅時,,只要用“線條”畫一個封閉的多邊形框,再雙擊框內鋪銅設置網絡即可,,如圖8-34所示,。
圖8-34 雙擊給予網絡
正、負片都可以用于內電層,,正片通過走線和鋪銅也可以實現,。負片的好處在于默認大塊鋪銅填充,再進行添加過孔,、改變鋪銅大小等操作都不需要重新鋪銅,,這樣省去了重新鋪銅計算的時間。中間層用電源層和GND層(也稱地層,、地線層、接地層)時,,層面上大多是大塊鋪銅,,這樣用負片的優(yōu)勢就很明顯。
4,、PCB層疊的認識
隨著高速電路的不斷涌現,,PCB的復雜度也越來越高,為了避免電氣因素的干擾,,信號層和電源層必須分離,,所以就牽涉到多層PCB的設計。在設計多層PCB之前,,設計者需要首先根據電路的規(guī)模,、電路板的尺寸和電磁兼容(EMC)的要求來確定所采用的電路板結構,也就是決定采用4層,、6層,,還是更多層數的電路板。這就是設計多層板的一個簡單概念,。
確定層數之后,,再確定內電層的放置位置及如何在這些層上分布不同的信號,。這就是多層PCB層疊結構的選擇問題。層疊結構是影響PCB的EMC性能的一個重要因素,,一個好的層疊設計方案將會大大減小電磁干擾(EMI)及串擾的影響,。
板的層數不是越多越好,也不是越少越好,,確定多層PCB的層疊結構需要考慮較多的因素,。從布線方面來說,層數越多越利于布線,,但是制板成本和難度也會隨之增加,。對生產廠家來說,層疊結構對稱與否是PCB制造時需要關注的焦點,。所以,,層數的選擇需要考慮各方面的需求,以達到最佳的平衡,。
對有經驗的設計人員來說,,在完成元件的預布局后,會對PCB的布線瓶頸處進行重點分析,,再綜合有特殊布線要求的信號線(如差分線,、敏感信號線等)的數量和種類來確定信號層的層數,然后根據電源的種類,、隔離和抗干擾的要求來確定內電層的層數,。這樣,整個電路板的層數就基本確定了,。
5,、常見的PCB層疊
確定了電路板的層數后,接下來的工作便是合理地排列各層電路的放置順序,。圖8-35和圖8-36分別列出了常見的4層板和6層板的層疊結構,。
圖8-35 常見的4層板的層疊結構
圖8-36 常見的6層板的層疊結構
6、層疊分析
怎么層疊,?哪樣層疊更好,?一般遵循以下幾點基本原則。
① 元件面,、焊接面為完整的地平面(屏蔽),。
② 盡可能無相鄰平行布線層。
③ 所有信號層盡可能與地平面相鄰,。
④ 關鍵信號與地層相鄰,,不跨分割區(qū)。
可以根據以上原則,,對如圖8-35和圖8-36所示的常見的層疊方案進行分析,,分析情況如下,。
(1)3種常見的4層板的層疊方案優(yōu)缺點對比如表8-1所示。
(2)4種常見的6層板的層疊方案優(yōu)缺點對比如表8-2所示,。
通過方案1到方案4的對比發(fā)現,,在優(yōu)先考慮信號的情況下,選擇方案3和方案4會明顯優(yōu)于前面兩種方案,。但是在實際設計中,,產品都是比較在乎成本的,然后又因為布線密度大,,通常會選擇方案1來做層疊結構,,所以在布線的時候一定要注意相鄰兩個信號層的信號交叉布線,盡量讓串擾降到最低,。
(3)常見的8層板的層疊推薦方案如圖8-37所示,,優(yōu)選方案1和方案2,可用方案3,。
圖8-37 常見的8層板的層疊推薦方案
7,、層的添加及編輯
確認層疊方案之后,如何在Altium Designer當中進行層的添加操作呢,?下面簡單舉例說明如下,。
(1)執(zhí)行菜單命令“設計-層疊管理器”或者按快捷鍵“DK”,進入如圖8-38所示的層疊管理器,,進行相關參數設置,。
圖8-38 層疊管理器
(2)單擊鼠標右鍵,執(zhí)行“Insert layer above”或“Insert layer below”命令,,可以進行添加層操作,,可添加正片或負片;執(zhí)行“Move layer up”或“Move layer down”命令,,可以對添加的層順序進行調整,。
(3)雙擊相應的名稱,,可以更改名稱,,,一般可以改為TOP,、GND02,、SIN03、SIN04,、PWR05,、BOTTOM這樣,即采用“字母+層序號(Altium Designer 19自帶這個功能)”,,這樣方便讀取識別,。
(4)根據層疊結構設置板層厚度,。
(5)為了滿足設計的20H,可以設置負片層的內縮量,。
(6)單擊“OK”按鈕,,完成層疊設置。一個4層板的層疊效果如圖8-39所示,。
圖8-39 4層板的層疊效果
建議信號層采取正片的方式處理,,電源層和地線層采取負片的方式處理,可以在很大程度上減小文件數據量的大小和提高設計的速度,。