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PCB厂4、6层板层叠结构分析

文章来源:21IC电源网作者:邓灵芝 查看手机网址
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人气:7504发布日期:2017-12-09 04:45【

对于PCB厂常用的 4 层板来说,有以下几种层叠方式(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。

如果采用层叠结构,那么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层板

在完成 4 层板的层叠结构分析后,下面通过一个 6 层板组合方式的例子来说明 6 层板层叠结构的排列组合方式和优选方法。

(1)Siganl_1(Top),GND(Inner_1),Siganl_2(Inner_2),Siganl_3(Inner_3),POWER(Inner_4),Siganl_4(Bottom)。

方案 1 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。

(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。

(3)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 2(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。

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