好久没写

 好久没写东西了

最近比较忙

考试~~项目~~等等一些

前几天想发文章的,结果优快云的网站有点问题,发不了

也罢

也罢

过几天,发一些RF的研究成果上来

^_^
1 前言 大家好,我是张巧龙。好久没原创了,记得之前刚接触PCB时,还在用腐蚀单层板,类似这种。 慢慢随着电子产品功能越来越多,产品越来越薄,对PCB设计要求越来越高了,复杂程度也随之增加。因此,许多设计者选择多层PCB来应对。 既然牵扯到多层板设计,到底用几层板呢?2、4、6、8?还是越多越好? 其实不然,一般来说,到底几层板是由电路本身的特点来决定的,如干扰、布线密度、尺寸、特殊信号线多不多等。当然,层数越多越有利于布线,但制造成本和难度也会上升。所以说对于PCB层数的选择需要具体情况具体分析。 那么问题来了,画出来了多层板,生产制造又能否满足我们对多层板品质和性价比的要求呢? 要谈品质,我们就要了解电路板采用什么工艺生产,这可以直接决定PCB过孔的品质是否存在大的隐患。 正片设计默认是无铜的,走线和铺铜的地方意味着这里的铜保留,没有走线和铺铜的地方铜被清除。见下图。采用正片工艺:成本高、流程长、无分散性“坏孔”隐患。 和正片设计相反,负片设计默认是有铜的,走线和铺铜的地方意味着这里的铜被清除,没有走线和铺铜的地方铜被保留。见下图。其成本相对正片来说极低,且流程短,但存在极大的“坏孔”隐患。 (图源自网络) 像嘉立创就采用的是正片工艺,而且对于要求严苛的板子及过孔太小的板子,全部进行四线低阻测试,以保证PCB的品质。也只有四线低阻测试才能检测出那些似断非断,用万用表、用二线飞针测试、用通用测试架都测不出来的坏孔。 更难能可贵的是,嘉立创6-20层板还提供免费的盘中孔工艺和沉金工艺。过孔能打在任意焊盘,既提升了设计效率,又不影响SMT焊接,简洁、平整的焊盘表面,实在优雅!高品质和高性价比一举两得。 (嘉立创6层板盘中孔实拍图) 02 PCB的结构 前面说了,到底选用几层板,需要综合考虑。除了电路本身的特点外,还需要了解到PCB本身,也就是PCB的层叠结构。好的结构能够极大地减少PCB对电路的干扰。 我们一直在说单层、双层、四层等等。 那么具体的结构是如何的呢? 2.1 单层板 导线出现在单面的PCB,称为单面板即单层板。如下图所示: 2.2 双层板 双层板我们用的比较多,两面都可以布线(电源线、信号线) 2.3 四层板 四层板就是中间一个双层板,再加上下两层绝缘层和外层铜箔压合。 2.4 六层板 六层板就是中间两个双面板,再加绝缘层和外层铜箔压合。 。。。 03 多层PCB层叠结构设计与原则 多层PCB的使用,会带来许多问题,如PCB的电磁兼容性(Electromagnetic Compatible,EMC)、信号完整性(Signal Integrity,SI) 、电源完整性 (Power Integrity,PI)布局布线以及层叠结构设计等。 其中多层PCB层叠结构设计对PCB的电磁兼容性布局布线有直接影响,同时对信号完整性、电源完整性也有着重要的影响,即多层PCB层叠结构设计是多层PCB设计至关重要的一步。 那么什么是多层PCB层叠结构设计呢?其中又有哪些规则可寻呢? 3.1 PCB层叠结构设计 多层PCB层叠结构设计是指多层PCB确定层数以及在层数确定之后层的排列顺序,即电源层(POWER)、地层(GND)、信号层(SIGNAL)的排列顺序。 在确定层数时,根据PCB的电源、地的种类数目、分布情况、载流能力、单板的性能指标等来确定PCB电源、地的层数; 根据 PCB元器件的布局密度以及走线通道、关键信号的频率和速率、特殊布局布线需求的信号种类和数量等因素确定信号层数。 电源、地的层数与信号层数之和共同构成 PCB 的总层数。 当多层PCB 层数确定之后,就得考虑合理的排列各层的放置顺序,在这一步骤中,主要考虑两个因素: 1、PCB的特殊信号层。 2、PCB的电源层与地层的分布。 3.2 多层PCB层叠原则 由于多层PCB层叠结构有多种组合方式,且不同的PCB层叠结构对PCB的工作性能有着直接影响,即它影响 PCB 的阻抗、传输损耗、电磁兼容、谐振点以及辐射。 因此,需要通过多层PCB层叠结构的基本原则进行筛选,然后对筛选出的层叠结构进行仿真,最后选择出某特定情况下的最佳层叠结构。 多层PCB层叠结构设计基本原则如下: (1)PCB有多个地层可以有效地降低接地阻抗。 (2)信号层尽可能与内电层(电源层或地层)相邻,这样内电层的铜膜就可以给信号提供屏蔽。 (3)内部电源层与地层支架应该紧密耦合,即内部电源层和地层之间的介质厚度应该取较小的值,以提高电源层和地层之间的容值,来增大电源与地之间的耦合。 (4)尽量不要使两个信号层相邻。因为相邻的两个信号层极容易形成串扰,有可能导致整个系统性能降低。在两个信号层之间加入地层能有效地抑制串扰。 。。。 04 多层PCB阻抗设计辅助工具 在多层PCB设计中,除了上述的层叠结构,还有层压结构也比较重要,因为无论是层叠结构还是层压结构亦或是其他的影响因素,都能影响PCB的阻抗。 那么,多层板的阻抗设计又该如何做呢?或者是有一些辅助工具吗? 前两天我发了一篇关于阻抗设计中的文章,有兴趣的同学可以点击查看。 你说阻抗设计重要吗?不会怎么办?看这里! 嘉立创官网上提供了250多种阻抗结构供我们挑选,后续还会不断增加。(链接:https://tools.jlc.com/jlcTools/#/impedanceDefaultTemplate) 也可以直接点击阅读原文跳转 如果层压结构没有我们想要的,可以选择自定义。 嘉立创不仅6层板打样免费,还提供了阻抗设计工具。你说良不良心? 05 总结 本文简要介绍了不同层数的PCB结构以及多层PCB层叠结构设计与原则,并未对层叠结构会影响 PCB 的布局布线、信号完整性、电源完整性、电磁兼容性进行分析。 欢迎大家自行了解。 ———————————————— 版权声明:本文为优快云博主「张巧龙」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。 原文链接:https://blog.youkuaiyun.com/best_xiaolong/article/details/129630758
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11-29
### 不同层数PCB的结构 PCB的两个重要组成部分是Core和Prepreg(半固态片,简称PP)。Core的两个表面都铺有铜箔,可作为信号层、电源层、地层等导电层,Core的上下表面之间填充的是固态材料;PP的表面不铺铜,在PCB中起填充作用,其材质是半固体的树脂材料,比Core略软一些。在制作多层板时,需配合使用Core和PP,一般在两个Core之间选PP作为填充物。根据层叠结构的不同,Core和PP有多种厚度可供选择[^2]。 常见的不同层数PCB结构特点如下: - **双面板**:有顶层和底层两层导电层,中间为绝缘介质层。顶层和底层可以布线,通过过孔实现两层之间的电气连接。 - **四层板**:典型结构是顶层信号层、第二层地层、第三层电源层、底层信号层。地层和电源层可以为信号层提供良好的参考平面,减少电磁干扰。 - **六层板**:例如顶层信号层、第二层地层、第三层信号层、第四层信号层、第五层电源层、底层信号层。增加了信号层数量,能满足更复杂的布线需求。 - **八层板**:根据布局以及关键器件之间的信号线密度确定需要8层信号层;单板有六种电源,其中3.3V和2.5V分布很广,遍布整板,而其他四种电源只是在局部使用,所以3.3V和2.5V各单独使用一层,其他四种电源共同使用一层电源层,还使用3层地层[^4]。 ### 多层PCB层叠结构设计与原则 多层印制电路板是由几层绝缘介质和导电铜箔,叠层以后压制而成的。介质材料和铜箔的特性、厚度以及它们的叠层结构对PCB电路的性能、EMC性能都有很大影响,合理的叠层设计会对产品设计及产品性能起到很大的帮助。层叠设计主要作用包括达到控制传输线的阻抗,降低信号串扰、失真和损耗;降低电磁辐射;解决高热量元件和电路的散热问题等[^1]。 多层PCB层叠结构设计原则如下: - **信号层与参考平面相邻**:信号层应尽量与地层或电源层相邻,为信号提供良好的回流路径,减少电磁辐射和信号干扰。 - **电源层和地层成对出现**:电源层和地层紧密耦合,可降低电源阻抗,减少电源噪声。 - **避免相邻信号层平行布线**:相邻信号层的布线应相互垂直,以减少信号串扰。 - **合理分配电源层和地层**:根据电源种类和分布情况,合理分配电源层和地层,例如将分布广的电源单独使用一层,局部使用的电源共同使用一层。 ### 多层PCB阻抗设计及辅助工具 多层PCB阻抗设计的目的是确保信号在传输线上的阻抗匹配,减少信号反射和失真。阻抗主要与传输线的宽度、厚度、介质厚度、介电常数等因素有关。 常见的多层PCB阻抗设计辅助工具如下: - **Polar Si9000**:一款专业的阻抗计算软件,可根据PCB的层叠结构、线宽、线间距等参数计算传输线的阻抗。 - **HyperLynx**:能进行信号完整性分析和阻抗计算,帮助工程师优化PCB设计,确保阻抗匹配。 ```python # 这里只是示例代码,实际中不能用Python直接进行PCB阻抗计算 # 假设简单的阻抗计算函数(仅为示意) def impedance_calculation(width, thickness, dielectric_constant): # 简单示意公式,非真实计算 impedance = 50 * (width / thickness) * dielectric_constant return impedance width = 0.2 # 假设线宽 thickness = 0.05 # 假设介质厚度 dielectric_constant = 4.0 # 假设介电常数 result = impedance_calculation(width, thickness, dielectric_constant) print(f"计算得到的阻抗: {result} 欧姆") ```
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