通常,PCB層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要遵循兩個(gè)規(guī)則:1.每個(gè)走線(xiàn)層必須有一個(gè)相鄰的參考層(電源層或接地層);2.在相鄰的主電源層和接地層之間保持最小距離,以提供較大的耦合電容;
以下是解釋從兩層板到六層板的堆疊的示例:
一. 單面PCB板和雙面PCB板的層疊
對(duì)于兩層板,不再由于層數(shù)少而出現(xiàn)層壓?jiǎn)栴}??刂艵MI輻射主要從布線(xiàn)和布局上考慮。單層板和雙層板的電磁兼容性問(wèn)題越來(lái)越突出。造成這種現(xiàn)象的主要原因是信號(hào)環(huán)路的面積太大,這不僅會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁輻射,而且會(huì)使電路對(duì)外部干擾敏感。改善線(xiàn)路電磁兼容性的最簡(jiǎn)單方法是減小關(guān)鍵信號(hào)的環(huán)路面積。
關(guān)鍵信號(hào):從電磁兼容性的角度來(lái)看,關(guān)鍵信號(hào)主要是指產(chǎn)生強(qiáng)烈輻射的信號(hào)和對(duì)外界敏感的信號(hào)。能夠產(chǎn)生強(qiáng)輻射的信號(hào)通常是周期性信號(hào),例如時(shí)鐘或地址的低階信號(hào)。對(duì)干擾敏感的信號(hào)是低電平的模擬信號(hào)。
單層和雙層板通常用于10KHz以下的低頻模擬設(shè)計(jì)中:
1)同一層的電源線(xiàn)以放射狀走線(xiàn),使總長(zhǎng)度最小化;
2)行走電源線(xiàn)和接地線(xiàn)時(shí),請(qǐng)保持彼此靠近;在按鍵信號(hào)線(xiàn)旁邊放置一根接地線(xiàn),該接地線(xiàn)應(yīng)盡可能靠近信號(hào)線(xiàn)。這樣可以減小環(huán)路面積,并降低差模輻射對(duì)外部干擾的敏感性。當(dāng)在信號(hào)線(xiàn)旁邊添加一條接地線(xiàn)時(shí),會(huì)形成一個(gè)面積最小的環(huán)路,并且信號(hào)電流必定會(huì)取代其他接地路徑而成為該環(huán)路。
3)如果是雙層電路板,則可以沿信號(hào)線(xiàn)在電路板另一側(cè)鋪設(shè)接地線(xiàn),使其靠近信號(hào)線(xiàn),并使其盡可能寬。以這種方式形成的環(huán)路的面積等于電路板的厚度乘以信號(hào)線(xiàn)的長(zhǎng)度。
二. 兩層和四層的層疊
1. SIG-GND(PWR)-PWR(GND)-SIG; 2. GND-SIG(PWR)-SIG(PWR)-GND;對(duì)于上述兩種疊層設(shè)計(jì),潛在的問(wèn)題是,對(duì)于傳統(tǒng)的1.6mm(62mil)的板厚度,層間距將變得非常大,這不僅不利于控制阻抗,層間耦合和屏蔽,而且還會(huì)使電源接地層之間的距離較大,從而減小了板電容,也不利于過(guò)濾噪聲。
對(duì)于第一種解決方案,通常適用于板上有許多芯片的情況。該解決方案可以獲得更好的SI性能,這對(duì)EMI性能不是很好。它主要由工藝路線(xiàn)和其他細(xì)節(jié)控制。主要注意事項(xiàng):接地層放置在信號(hào)層與信號(hào)最密集的連接層中,這有利于吸收和抑制輻射,增加板的面積并反射20H規(guī)則。
對(duì)于第二種解決方案,通常將其應(yīng)用于電路板上芯片密度足夠低且芯片周?chē)凶銐蛎娣e(已放置電源所需的銅層)的情況。在此解決方案中,PCB的外層是接地層,中間的兩層是信號(hào)/電源層。信號(hào)層上的電源使用粗線(xiàn)布線(xiàn),這可以降低電源電流的路徑阻抗,并且信號(hào)微帶路徑的阻抗也較低。它還可以屏蔽通過(guò)外層的內(nèi)層信號(hào)輻射。從EMI控制的角度來(lái)看,這是目前最好的4層PCB結(jié)構(gòu)。
注意:信號(hào)和電源層的中間兩層之間的距離應(yīng)加寬,走線(xiàn)的方向應(yīng)垂直,以避免串?dāng)_。板子的面積應(yīng)適當(dāng)控制以反映20H規(guī)則。如果要控制走線(xiàn)的阻抗,則應(yīng)在電源和接地銅線(xiàn)下方仔細(xì)安排以上方案。此外,電源或接地銅應(yīng)盡可能互連,以確保直流和低頻連接。
三. 三層和六層的層疊
對(duì)于具有更高芯片密度和更高時(shí)鐘頻率的設(shè)計(jì),應(yīng)考慮6層板的設(shè)計(jì)。推薦的堆疊方法是:1.SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG;對(duì)于此方案,此堆疊方案可以獲得更好的信號(hào)完整性,信號(hào)層與接地層相鄰,電源層和接地層配對(duì),可以很好地控制走線(xiàn)層的每個(gè)阻抗,并且兩個(gè)接地層都可以吸收磁力線(xiàn)好。對(duì)于完整的電源層和接地層,它可以為每個(gè)信號(hào)層提供更好的返回路徑。
2. GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND;對(duì)于此方案,此方案僅適用于設(shè)備密度不是很高的情況。這種疊層具有上述疊層的所有優(yōu)點(diǎn),并且這種頂部和底部接地層相對(duì)完整,可以用作更好的屏蔽層。應(yīng)該注意的是,功率層應(yīng)靠近非主要成分層,因?yàn)榈讓拥膶訉⒏暾?。因此,EMI性能優(yōu)于第一種解決方案。
簡(jiǎn)介:對(duì)于六層板解決方案,應(yīng)最小化電源層和接地層之間的距離,以獲得良好的電源和接地耦合。然而,盡管減小了62密耳的板厚度和層間隔,但是將主電源和接地層之間的距離控制得非常小仍然不容易。與第一方案和第二方案相比,第二方案的成本大大增加。因此,我們通常在堆疊時(shí)選擇第一個(gè)選項(xiàng)。設(shè)計(jì)時(shí),請(qǐng)遵循20H規(guī)則和鏡像層規(guī)則設(shè)計(jì)。