PCB层叠设计参考

多层板PCB层叠设计方案
12.2.1 四层板的设计
两个信号层一个电源层一个地平面

  1. 信号层(元器件,微带线)接地平面 电源平面 信号层(元器件 微带线)
  2. 信号层 电源平面 接地平面 信号层
  3. 接地平面 信号层 信号层 电源平面
    12.2.2六层板设计
    层叠方案一 TOP GND2 S03 PWR04 GND5 BOTTOM
    三个布线层,三个参考平面
    第4层和第5层之间的芯板厚度不宜过厚,以便获得较低的传输线阻抗,低阻抗特性可以改善电源的退耦效果
    第三层是最优的布线层,时钟等高风险的线必须布在这一层,可以保证信号完整性和对EMI能量进行抵抗。
    层叠方案二: TOP GND2 S03 S04 PWR05 BOTTOM
    当电路板上的走线过多,三个布线层安排不下的情况下,可以采用这种层叠方案。
    电源平面和接地平面之间不存在任何电源退耦作用
    层叠方案三: TOP S02 GND PER04 S05 Bottom
    电源平面和接地平面采用小间距的结构,可以提供较低的电源阻抗和较好的电源退耦作用
    顶层和底层是比较差的布线层
    S02 是最好的布线层,可以用来布时钟等高风险的信号线
    12.2.3八层板的层叠方案
    层叠方案一:TOP GND02 S03 GND04 PWR05 S06 GND07 BOTTOM
    此方案为业界现行八层板PCB的主选层叠方案
    有四个布线层和四个参考平面层
    这种层叠结构的信号完整性和EMC特性都是最好的,可以获得最优的电源退耦效果,其顶层和地层是EMI可布线层。
    3-6相邻层都是参考平面,是最好的布线层
    3是最优选的布线层
    4-5之间芯板厚度不宜过厚
    2-7的接地平面可以作为RF回流层
    层叠方案二:TOP GND02 S03 PWR04 GND05 S06 PWR07 BOTTOM
    此方案适用于板上电源种类较多,一个电源平面处理不了的情况
    第三层为最优布线层
    主电源应安排在第四层,可以与主地相邻
    第七层的电源平面为分割电源,为了改善电源的退耦效果,在底层此阿勇铺地铜的方式
    为了PCB的平衡和减小翘曲度,顶层也需要铺地铜
    层叠方案三:TOP S02 GND03 S04 S05 PER06 S07 BOOTOM
    这种层叠方案的电源退耦特性很差,EMI的抑制效果很差。
    顶层和底层是EMI特性很差的布线层
    2-4是最好的布线层。应采用交叉布线
    此方案通常用于贴片器件较少的8层背板设计,由于表层只有插座,因此表层可以大面积铺地铜
    12.2.4十层板的设计、
    层叠方案一: TOP GND02 S03 S04 GND05 PEWR06 S07 S08 GND09 Bottom
    层叠方案二: TOP S02 PWR03 GND04 S05 S06 GND07 PWR08 S09 BOOTOM
    12.2.5十二层板的层叠设计
    在这里插入图片描述
<think>嗯,用户想了解PCB层叠设计的方法和最佳实践。这个问题在电子工程领域很专业,需要结合理论知识和实际设计经验来回答。 用户可能是一位PCB设计工程师,或者正在学习高速电路设计的学生。ta的提问很具体,说明有一定专业基础,不是完全的新手。从"方法与最佳实践"这个表述看,ta需要的是可立即应用的实操指南,而不是纯理论。 先梳理核心要点:层叠设计的关键在于信号完整性、电源完整性和EMC性能的平衡。需要从数规划、材料选择、阻抗控制和对称结构几个维度展开。 参考引用材料中,[3]提到的重要原则很实用:叠对称性、阻抗连续性、主元件面相邻为地、电源地平面紧耦合。这四点可以作为回答的主框架。特别是对称性原则,很多新手容易忽略这点导致板子翘曲。 阻抗计算部分要强调实际工程中的妥协。比如引用[3]提到USB差分90欧姆的特殊阻抗要求,说明不同接口标准需要不同处理。这里可以补充说明:在实际设计中,经常需要为不同阻抗要求的信号分区规划走线。 关于数评估,引用[3]的BGA电源评估方法很专业。需要进一步解释:对于复杂BGA器件,通常采用"地-信号-电源-信号-地"的经典堆叠,核心是保证每个高速信号都有相邻参考平面。 EMC防护容易被忽视,要强调外围地环和屏蔽过孔的重要性。实际案例中,医疗设备PCB常在表铺90%以上的铜作为屏蔽,这个经验值得分享。 最后考虑用户的潜在需求:ta可能正在设计具体项目。需要提醒ta向PCB厂家索取最新的压材料参数表,不同厂家的FR-4介电常数可能有10%的差异,这会直接影响阻抗计算精度。 准备用Altium Designer的操作示例作为补充,因为引用[2]提到这个工具。可以说明如何在软件中设置层叠结构和阻抗规则,这样用户能立即上手操作。</think>以下是PCB层叠设计的方法与最佳实践,结合高速电路设计需求整理而成: --- ### **一、核心设计原则** 1. **对称性** - 层叠结构需保持机械对称(如6板:Top-Gnd-Sig-Pwr-Gnd-Bottom),避免因热应力导致板翘曲[^1][^3]。 2. **阻抗连续性** - 高速信号(如10Gbps+)必须紧邻完整参考平面(地或电源),减少信号回流路径突变[^3]。 3. **电源地平面紧耦合** - 电源与相邻地间距建议≤3mil(如PP介质厚0.1mm),增强去耦效果,降低电源噪声[^1][^3]。 --- ### **二、数规划方法** #### **1. 信号评估** - **过孔密度法**(引用[3]案例): ```markdown 过孔边缘间距 = 过孔中心距 - 焊盘直径 例:39.37mil中心距 - 18mil焊盘 = 21.37mil间距 若线宽/间距=4mil → 每通道可通过导线数 = 21.37/4 ≈ 5根(实际留余量) ``` - **BGA布线需求**: - 1.0mm Pitch BGA需至少2个专用布线(含表)[^3]。 #### **2. 电源规划** | 电源类型 | 处理方案 | 适用场景 | |----------------|---------------------------|-----------------------| | >1A且分布集中 | 独立电源 | FPGA/处理器核心供电 | | <1A或局部电源 | 信号铺铜+电容阵列 | 低速外设供电 | | >3种电源 | 每3种电源分配1个平面 | 多电源域BGA封装[^3] | #### **3. 地设计** - **关键规则**: - 高速信号两侧必须为地平面(如Top-**Gnd**-Sig1-**Gnd**结构) - 避免地平面分割,确保低阻抗回流路径[^3]。 --- ### **三、经典层叠结构示例** #### **4板优化方案** | 序 | 类型 | 厚度(mm) | 作用 | |------|------------|------------|--------------------------| | 1 | 信号 | 0.035 | 关键高速信号 | | 2 | **地平面** | 0.2 | 提供完整参考面 | | 3 | **电源平面**| 0.2 | 电源分配 | | 4 | 信号 | 0.035 | 低速信号 > **优势**:成本低,满足一般EMC要求;**劣势**:高速信号易受干扰。 #### **6板高性能方案** | 序 | 类型 | 厚度(mm) | 优势 | |------|------------|------------|--------------------------| | 1 | 信号 | 0.035 | 关键布线 | | 2 | **地平面** | 0.1 | 屏蔽Top噪声 | | 3 | 信号 | 0.2 | 带状线结构(低辐射) | | 4 | 信号 | 0.2 | 带状线结构 | | 5 | **电源平面**| 0.1 | 与Layer2紧耦合 | | 6 | 信号 | 0.035 | 低速布线 > **特点**:双地平面夹持信号,阻抗控制精度±5%[^3]。 --- ### **四、阻抗控制实践** 1. **计算要素**: - 基材介电常数(如FR4的ε<sub>r</sub>=4.2~4.5) - 铜厚(表1oz=35μm,内0.5oz=17.5μm) - 目标阻抗(单端50Ω,差分100Ω/USB90Ω)[^3] 2. **调整手段**: - 线宽增加10% → 阻抗降低8-10Ω - 介质厚度增加0.1mm → 阻抗升高15Ω --- ### **五、EMC优化关键** - **边缘防护**: 电源/地缩进20H规则(H=间介质厚度),减少边缘辐射[^1]。 - **过孔屏蔽**: 高速信号过孔间隔≤λ/10,并添加接地屏蔽过孔(如10GHz信号需间距1.5mm)[^3]。 --- ### **六、设计验证流程** 1. 使用SI/PI工具(如HyperLynx)仿真层叠结构 2. 检查平面分割是否阻断高速回流路径 3. 测试叠对称度(公差<5%) 4. 制板后TDR测量实际阻抗[^1]
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