在預設多層PCB電路板之前,預設者需求首先依據電路的規模、電路板的尺寸和電磁兼容(EMC)的要求來確認所認為合適而使用的電路土地板結構,也就是表決認為合適而使用4層,6層,仍然更多層數的電路板。確認層數在這以后,再確認內電層的安放位置以及如在哪里這些個層上散布不一樣的信號。這就是多層PCB電路板重疊結構的挑選問題。重疊結構是影響PCB電路板EMC性能的一個關緊因素,也是制約電磁干擾的一個關緊手眼。本節將紹介多層PCB板重疊結構的有關內部實質意義。
確認多層PCB電路板的重疊結構需求思索問題較多的因素。從布線方面來說,層數越多越利于布線,不過制板成本和困難程度也會隨之增加。對于出產廠家來說,重疊結構對稱與否是PCB電路板制作時需求關心注視的焦點,所以層數的挑選需求思索問題多方面的需要,以達到最佳的均衡。
對于有經驗的預設擔任職務的人來說,在完成元部件的預布局后,會對PCB的布線瓶頸處施行重點剖析。接合其它EDA工具剖析電路板的布線疏密程度;再綜合有特別布線要求的信號線如差分線、敏銳信號線等的數目和品類來確認信號層的層數;而后依據電源的品類、隔離和抗干擾的要求來確認內電層的數量。這么,整個兒電路板的板層數量就基本確認了。
確認了電路板的層數后,接下來的辦公便是合理地排列各層電路的安放順著次序。在這一步驟中,需求思索問題的因素主要有以下兩點。
(1)特別信號層的散布。
(2)電源層和地層的散布。
假如電路板的層數越多,特別信號層、地層和電源層的排列組合的品類也就越多,怎么樣來確認哪種組合形式最優也越艱難,但總的原則有以下幾條。
(1)信號層應當與一個內電層相鄰(內里電源/地層),利用內電層的大銅膜來為信號層供給屏蔽。
(2)內里電源層和地層之間應當緊急耦合,也就是說,內里電源層和地層之間的媒介厚度應當取較小的值,以增長電源層和地層之間的電容,增大諧振頻率。內里電源層和地層之間的媒介厚
度可以在Protel的Layer Stack Manager(層堆棧管理器)中施行設置。挑選【Design】/【Layer Stack Manager…】指示,系統彈出層堆棧管理器會話框,用鼠標雙擊Prepreg文本,彈出如圖11-1所示會話框,可在該會話框的Thickness選項中變更絕緣層的厚度。
假如電源和地線之間的電位差半大的話,可以認為合適而使用較小的絕緣層厚度,例如5mil(0.127mm)。
(3)電路中的高速信號傳道輸送層應當是信號半中腰層,況且夾在兩個內電層之間。這么兩個內電層的銅膜可以為高速信號傳道輸送供給電磁屏蔽,同時也能管用地將高速信號的輻射限止在兩個內電層之間,錯誤外導致干擾。
(4)防止兩個信號層直接相鄰。相鄰的信號層之間容易引入串擾,因此造成電路功能失去效力。在兩信號層之間參加地最簡單的面可以管用地防止串擾。
(5)多個接地的內電層可以管用地減低接地阻抗。例如,A信號層和B信號層認為合適而使用各自單獨的地最簡單的面,可以管用地減低共模干擾。
(6)兼顧層結構的對稱性。
下邊經過4層電路板的例子來解釋明白怎么樣優選各種重疊結構的排列組合形式。
對于常用的4層板來說,有以下幾種重疊形式(從頂層到盡頭層)。
(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)。
顯然,方案3電源層和地層匱缺管用的耦合,不應當被認為合適而使用。
那末方案1和方案2應當怎么樣施行挑選呢?普通事情狀況下,預設擔任職務的人都會挑選方案1作為4層板的結構。挑選的端由并非方案2不可以被認為合適而使用,而是普通的PCB電路板都只在頂層安放元部件,所以認為合適而使用方案1較為就緒。不過當在頂層和底層都需求安放元部件,并且內里電源層和地層之間的媒介厚度較大,耦合不佳時,就需求思索問題哪一層安置的信號線較少。對于方案1而言,底層的信號線較少,可以認為合適而使用大平面或物體表面的大小的銅膜來與POWER層耦合;與之相反,假如元部件主要安置在底層,則應當選用方案2來制板。
假如認為合適而使用如圖11-1所示的重疊結構,那末電源層和地線層本身就已經耦合,思索問題對稱性的要求,普通認為合適而使用方案1。
在完成4層板的重疊結構剖析后,下邊經過一個6層板組合形式的例子來解釋明白6層板重疊結構的排列組合形式和優選辦法。
(1)Siganl_1(Top),GND(Inner_1),Siganl_2(Inner_2),Siganl_3(Inner_3),POWER(Inner_4),Siganl_4(Bottom)。
方案1認為合適而使用了4層信號層和2層內里電源/接地層,具備較多的信號層,有幫助于元部件之間的布線辦公,不過該方案的欠缺也較為表面化,表達為以下兩方面。
① 電源層和地線層中間隔斷較遠,沒有充分耦合。
② 信號層Siganl_2(Inner_2)和Siganl_3(Inner_3)直接相鄰,信號隔離性非常不好,容易發生串擾。
(2)Siganl_1(Top),Siganl_2(Inner_1),POWER(Inner_2),GND(Inner_3),Siganl_3(Inner_4),Siganl_4(Bottom)。
方案2相對于方案1,電源層和地線層有了充分的耦合,比喻案1有一定的優勢,不過Siganl_1(Top)和Siganl_2(Inner_1)以及Siganl_3(Inner_4)和Siganl_4(Bottom)信號層直接相鄰,信號隔離非常不好,容易發生串擾的問題并沒有獲得解決。
(3)Siganl_1(Top),GND(Inner_1),Siganl_2(Inner_2),POWER(Inner_3),GND(Inner_4),Siganl_3(Bottom)。
相對于方案1和方案2,方案3減損了一個信號層,多了一個內電層,固然可供布線的層面減損了,不過該方案解決了方案1和方案2共有的欠缺。
① 電源層和地線層緊急耦合。
② 每個信號層都與內電層直接相鄰,與其它信號層均有管用的隔離,不易發生串擾。
③ Siganl_2(Inner_2)和兩個內電層GND(Inner_1)和POWER(Inner_3)相鄰,可以用來傳道輸送高速信號。兩個內電層可以管用地屏蔽外界對Siganl_2(Inner_2)層的干擾和Siganl_2(Inner_2)對外界的干擾。
綜合多種方面,方案3顯然是最優化的一種,同時,方案3也是6層電路板常用的重疊結構。
經過對以上兩個例子的剖析,信任讀者已經對重疊結構有了一定的意識,不過在有點時刻,某一個方案并不可以滿意全部的要求,這就需求思索問題各項預設原則的優先級問題。抱憾的是因
為電路板的板層預設和實際電路的獨特的地方關系近有關,不一樣電路的抗干擾性能和預設偏重點各有所不一樣,所以事情的真實情況上這些個原則并沒有確認的優先級可供參照。但可以確認的是,預設原則2(內里電源層和地層之間應當緊急耦合)在預設時需求首先獲得滿意,額外假如電路中需求傳道輸送高速信號,那末預設原則3(電路中的高速信號傳道輸送層應當是信號半中腰層,況且夾在兩個內電層之間)就務必獲得滿意。表11-1給出了多層電路板重疊結構的參照方案,供讀者參照。