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PCB疊層作用及其原則分析

2020-03-16
來源:與非網(wǎng)
關鍵詞: PCB AltiumDesigner19 Protel

    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(zhì)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,。

  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,。

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  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(jīng)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(wǎng)絡即可,,如圖 8-33 所示。

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  圖 8-33  負片層

  內(nèi)電層的分割實現(xiàn)

  在 Protel 版本中,,內(nèi)電壓是用“分裂”來分割的,,而現(xiàn)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(nèi)鋪銅設置網(wǎng)絡即可,如圖 8-34 所示,。

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  圖 8-34  雙擊給予網(wǎng)絡

  正,、負片都可以用于內(nèi)電層,,正片通過走線和鋪銅也可以實現(xiàn)。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。

  PCB 層疊的認識

  隨著高速電路的不斷涌現(xiàn),,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(jù)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(shù)的電路板,。這就是設計多層板的一個簡單概念。

  確定層數(shù)之后,,再確定內(nèi)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(shù)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(shù)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(chǎn)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(shù)的選擇需要考慮各方面的需求,以達到最佳的平衡,。

  對有經(jīng)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(shù)量和種類來確定信號層的層數(shù),,然后根據(jù)電源的種類、隔離和抗干擾的要求來確定內(nèi)電層的層數(shù),。這樣,,整個電路板的層數(shù)就基本確定了,。

  常見的 PCB 層疊

  確定了電路板的層數(shù)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,。

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  圖 8-35  常見的 4 層板的層疊結構5.jpg

  圖 8-36  常見的 6 層板的層疊結構

  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,。

 ?、?元件面、焊接面為完整的地平面(屏蔽),。

 ?、?盡可能無相鄰平行布線層。

 ?、?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(jù)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,。

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 ?。?)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。

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  通過方案 1 到方案 4 的對比發(fā)現(xiàn),,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(chǎn)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。

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  圖 8-37  常見的 8 層板的層疊推薦方案

  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。

 ?。?)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(shù)設置,。

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  圖 8-38  層疊管理器

 ?。?)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(diào)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(jù)層疊結構設置板層厚度,。

 ?。?)為了滿足設計的 20H,可以設置負片層的內(nèi)縮量,。

 ?。?)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,。

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  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(shù)據(jù)量的大小和提高設計的速度,。


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