层压结构设计的EMI控制策略

PCB层压结构的堆叠顺序直接决定电磁干扰（EMI）的控制水平。

​

一、层压结构设计的三大核心原则

1. 信号-地相邻准则
   高速信号层必须紧邻完整地平面，可将微带线辐射强度降低40%。对于28Gbps以上差分信号，建议采用对称双地平面夹层结构（如S-G-S-G），使插入损耗波动控制在±0.2dB以内。

2. 电源-地耦合法则
   电源层与地平面间隔应≤4mil，利用层间电容形成天然滤波器。实测数据显示，3mil间距的电源层可吸收70%的共模噪声，比常规6mil间距方案效率提升3倍。

3. 跨层信号管控
   禁止高速信号跨越分割区域，必要时采用地缝合孔阵列。在56G PAM4系统中，每毫米信号线需配置2个0.2mm接地过孔，可将串扰抑制在-50dB以下。

二、典型层压结构EMI性能对比

1. 四层板最优方案

• S-G-P-S结构
  外层地平面提供天然屏蔽，中间层电源与地层形成3.5pF/cm²耦合电容。在2.4GHz频段辐射值比传统G-S-P-G结构低8dB，但布线密度下降25%。

• 改进型G-S-S-G结构
  增加内层铜填充率至85%，使10Gbps信号的回流路径阻抗从120Ω降至35Ω。需注意避免第2/3层平行走线，交叉角度应≥30°。

2. 六层板黄金比例

• S-G-S-P-G-S布局
  第3/4层电源地紧耦合，关键信号分布在1/6层。实测56Gbps信号在此结构下，眼图高度提升28%，同时将谐振峰频率推高至12GHz以上。

• 地平面分割技术
  对多电压系统采用智能分割：

  • 核心电源区域保留完整平面（≥80%面积）

  • 辅助电源采用蜂窝状网格
    该方法可使电源完整性PSRR指标提升15dB。

3. 八层及以上高阶设计

• S-G-S-P-G-S-G-S堆叠
  每两个信号层间插入地平面，特别适合112G Serdes设计。需控制相邻信号层走线方向正交，交叉角度容差≤5°。

• 3D屏蔽舱结构
  在FPGA和DDR4区域局部增加垂直互联地墙，采用0.15mm激光钻孔形成全包围屏蔽。实测显示该方法可将辐射热点强度降低18dBμV/m。

优秀的层压设计需要平衡信号完整性、制造成本和EMI性能。随着224Gbps光模块等新技术的普及，基于机器学习的动态层压优化将成为下一代PCB设计的核心技术突破点。