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多层板设计 多层pcb设计 专业多层线路板设计请上捷多邦

多层板设计

多层板和双层板设计差不多 甚至布线更容易,。
如果有双层板的设计经验,多层就不难。
首先,要划分层迭结构,以基板为中心,向两侧对称分布,相临信号层之间用电地层隔离。是设计最为方便的。
层迭结构(4层、6层、8层、16层):
对于传输线,顶底层采用微带线模型分析,内部信号层用带状线模型。6层/10层/14层/18层基板两侧的信号层最好用软件仿真,比较麻烦。
6层/10层/14层/18层等基板两侧是信号层,没有电地隔离,需要注意相临层垂直走线和避免交流环路。
如果还有其他电源,优先在信号层走粗线,尽量不要分割电地层

多层线路板设计原则

大多的PCB工程师,他们经常画电脑主板,对Allegro等优秀的工具非常的熟练,但是,非常可惜的是,他们居然很少知道如何进行阻抗控制,如何使用工具进行信号完整性分析.如何使用IBIS模型。我觉得真正的PCB高手应该还是信号完整性专家,而不仅仅停留在连连线,过过孔的基础上。对布通一块板子容易,布好一块好难。

对于电源、地的层数以及信号层数确定后,它们之间的相对排布位置是每一个PCB工程师都不能回避的话题;

层的排布一般原则

  • 地平面为元件面下面(第二层),提供器件屏蔽层以及为顶层布线提供参考平面;
  • 所有信号层尽可能与地平面相邻;
  • 两信号层直接相邻的情况尽量避免;
  • 主电源尽可能与其对应地相邻;
  • 兼顾层压结构对称。

对于母板的层排布,现有母板很难控制平行长距离布线,对于板级工作频率在50MHZ以上的(50MHZ以下的情况可参照,适当放宽),建议排布原则:

  • 元件面、焊接面为完整的地平面(屏蔽);
  • 无相邻平行布线层;
  • 所有信号层尽可能与地平面相邻;
  • 关键信号与地层相邻,不跨分割区。

注:具体PCB的层的设置时,要对以上原则进行灵活掌握,在领会以上原则的基础上,根据实际单板的需求,

常用层叠方案

下面通过4层板的例子来说明如何优选各种层叠结构的排列组合方式。

4层层叠方案(从顶层到底层)

  1. Siganl_1(Top),GND(Inner_1),POWER(Inner_2),Siganl_2(Bottom)。
  2. Siganl_1(Top),POWER(Inner_1),GND(Inner_2),Siganl_2(Bottom)。
  3. POWER(Top),Siganl_1(Inner_1),GND(Inner_2),Siganl_2(Bottom)。

  显然,方案3电源层和地层缺乏有效的耦合,不应该被采用。

  那么方案1和方案2应该如何进行选择呢?一般情况下,设计人员都会选择方案1作为4层板的结构。选择的原因并非方案2不可被采用,而是一般的PCB板都只在顶层放置元器件,所以采用方案1较为妥当。但是当在顶层和底层都需要放置元器件,而且内部电源层和地层之间的介质厚度较大,耦合不佳时,就需要考虑哪一层布置的信号线较少。对于方案1而言,底层的信号线较少,可以采用大面积的铜膜来与POWER层耦合;反之,如果元器件主要布置在底层,则应该选用方案2来制板。

  如果电源层和地线层本身就已经耦合,考虑对称性的要求,一般采用方案1。

6层层叠方案

方案一:Siganl_1(Top),GND(Inner_1),Siganl_2(Inner_2),Siganl_3(Inner_3),POWER(Inner_4),Siganl_4(Bottom)。方案1采用了4层信号层和2层内部电源/接地层,具有较多的信号层,有利于元器件之间的布线工作,但是该方案的缺陷也较为明显,表现为以下两方面。

  1. 电源层和地线层分隔较远,没有充分耦合。
  2. 信号层Siganl_2(Inner_2)和Siganl_3(Inner_3)直接相邻,信号隔离性不好,容易发生串扰。

方案二:Siganl_1(Top),Siganl_2(Inner_1),POWER(Inner_2),GND(Inner_3),Siganl_3(Inner_4),Siganl_4(Bottom)。方案2相对于方案1,电源层和地线层有了充分的耦合,比方案1有一定的优势,但是Siganl_1(Top)和Siganl_2(Inner_1)以及Siganl_3(Inner_4)和Siganl_4(Bottom)信号层直接相邻,信号隔离不好,容易发生串扰的问题并没有得到解决。

方案三:Siganl_1(Top),GND(Inner_1),Siganl_2(Inner_2),POWER(Inner_3),GND(Inner_4),Siganl_3(Bottom)。相对于方案1和方案2,方案3减少了一个信号层,多了一个内电层,虽然可供布线的层面减少了,但是该方案解决了方案1和方案2共有的缺陷。

  1. 电源层和地线层紧密耦合。
  2. 每个信号层都与内电层直接相邻,与其他信号层均有有效的隔离,不易发生串扰。
  3. Siganl_2(Inner_2)和两个内电层GND(Inner_1)和POWER(Inner_3)相邻,可以用来传输高速信号。两个内电层可以有效地屏蔽外界对Siganl_2(Inner_2)层的干扰和Siganl_2(Inner_2)对外界的干扰。

  综合各个方面,方案3显然是最优化的一种,同时,方案3也是6层板常用的层叠结构。

  通过对以上两个例子的分析,相信读者已经对层叠结构有了一定的认识,但是在有些时候,某一个方案并不能满足所有的要求,这就需要考虑各项设计原则的优先级问题。遗憾的是由于

  电路板的板层设计和实际电路的特点密切相关,不同电路的抗干扰性能和设计侧重点各有所不同,所以事实上这些原则并没有确定的优先级可供参考。但可以确定的是,设计原则:内部电源层和地层之间应该紧密耦合,在设计时需要首先得到满足,另外如果电路中需要传输高速信号,那么设计原则3(电路中的高速信号传输层应该是信号中间层,并且夹在两个内电层之间)就必须得到满足。