搞定叠层，你的PCB设计也可以很高级

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转载&＃xff1a;EDN电子技术设计

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层叠的定义及添加

对高速多层板来说&＃xff0c;默认的两层设计无法满足布线信号质量及走线密度要求&＃xff0c;这个时候需要对PCB层叠进行添加&＃xff0c;以满足设计的要求。

2

正片层与负片层

正片层就是平常用于走线的信号层&＃xff08;直观上看到的地方就是铜线&＃xff09;&＃xff0c;可以用“线”“铜皮”等进行大块铺铜与填充操作&＃xff0c;如图8-32所示。

图8-32  正片层

负片层则正好相反&＃xff0c;即默认铺铜&＃xff0c;就是生成一个负片层之后整一层就已经被铺铜了&＃xff0c;走线的地方是分割线&＃xff0c;没有铜存在。要做的事情就是分割铺铜&＃xff0c;再设置分割后的铺铜的网络即可&＃xff0c;如图8-33所示。

图8-33  负片层

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内电层的分割实现

在Protel版本中&＃xff0c;内电压是用“分裂”来分割的&＃xff0c;而现在用的版本Altium Designer 19直接用“线条”、快捷键“PL”来分割。分割线不宜太细&＃xff0c;可以选择15mil及以上。分割铺铜时&＃xff0c;只要用“线条”画一个封闭的多边形框&＃xff0c;再双击框内铺铜设置网络即可&＃xff0c;如图8-34所示。

图8-34  双击给予网络

正、负片都可以用于内电层&＃xff0c;正片通过走线和铺铜也可以实现。负片的好处在于默认大块铺铜填充&＃xff0c;再进行添加过孔、改变铺铜大小等操作都不需要重新铺铜&＃xff0c;这样省去了重新铺铜计算的时间。中间层用电源层和GND层&＃xff08;也称地层、地线层、接地层&＃xff09;时&＃xff0c;层面上大多是大块铺铜&＃xff0c;这样用负片的优势就很明显。

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PCB层叠的认识

随着高速电路的不断涌现&＃xff0c;PCB的复杂度也越来越高&＃xff0c;为了避免电气因素的干扰&＃xff0c;信号层和电源层必须分离&＃xff0c;所以就牵涉到多层PCB的设计。在设计多层PCB之前&＃xff0c;设计者需要首先根据电路的规模、电路板的尺寸和电磁兼容&＃xff08;EMC&＃xff09;的要求来确定所采用的电路板结构&＃xff0c;也就是决定采用4层、6层&＃xff0c;还是更多层数的电路板。这就是设计多层板的一个简单概念。

确定层数之后&＃xff0c;再确定内电层的放置位置及如何在这些层上分布不同的信号。这就是多层PCB层叠结构的选择问题。层叠结构是影响PCB的EMC性能的一个重要因素&＃xff0c;一个好的层叠设计方案将会大大减小电磁干扰&＃xff08;EMI&＃xff09;及串扰的影响。

板的层数不是越多越好&＃xff0c;也不是越少越好&＃xff0c;确定多层PCB的层叠结构需要考虑较多的因素。从布线方面来说&＃xff0c;层数越多越利于布线&＃xff0c;但是制板成本和难度也会随之增加。对生产厂家来说&＃xff0c;层叠结构对称与否是PCB制造时需要关注的焦点。所以&＃xff0c;层数的选择需要考虑各方面的需求&＃xff0c;以达到最佳的平衡。

对有经验的设计人员来说&＃xff0c;在完成元件的预布局后&＃xff0c;会对PCB的布线瓶颈处进行重点分析&＃xff0c;再综合有特殊布线要求的信号线&＃xff08;如差分线、敏感信号线等&＃xff09;的数量和种类来确定信号层的层数&＃xff0c;然后根据电源的种类、隔离和抗干扰的要求来确定内电层的层数。这样&＃xff0c;整个电路板的层数就基本确定了。

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常见的PCB层叠

确定了电路板的层数后&＃xff0c;接下来的工作便是合理地排列各层电路的放置顺序。图8-35和图8-36分别列出了常见的4层板和6层板的层叠结构。

图8-35  常见的4层板的层叠结构

图8-36  常见的6层板的层叠结构

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层叠分析

怎么层叠&＃xff1f;哪样层叠更好&＃xff1f;一般遵循以下几点基本原则。

① 元件面、焊接面为完整的地平面&＃xff08;屏蔽&＃xff09;。

② 尽可能无相邻平行布线层。

③ 所有信号层尽可能与地平面相邻。

④ 关键信号与地层相邻&＃xff0c;不跨分割区。

可以根据以上原则&＃xff0c;对如图8-35和图8-36所示的常见的层叠方案进行分析&＃xff0c;分析情况如下。

&＃xff08;1&＃xff09;3种常见的4层板的层叠方案优缺点对比如表8-1所示。

&＃xff08;2&＃xff09;4种常见的6层板的层叠方案优缺点对比如表8-2所示。

通过方案1到方案4的对比发现&＃xff0c;在优先考虑信号的情况下&＃xff0c;选择方案3和方案4会明显优于前面两种方案。但是在实际设计中&＃xff0c;产品都是比较在乎成本的&＃xff0c;然后又因为布线密度大&＃xff0c;通常会选择方案1来做层叠结构&＃xff0c;所以在布线的时候一定要注意相邻两个信号层的信号交叉布线&＃xff0c;尽量让串扰降到最低。

&＃xff08;3&＃xff09;常见的8层板的层叠推荐方案如图8-37所示&＃xff0c;优选方案1和方案2&＃xff0c;可用方案3。

图8-37  常见的8层板的层叠推荐方案

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层的添加及编辑

确认层叠方案之后&＃xff0c;如何在Altium Designer当中进行层的添加操作呢&＃xff1f;下面简单举例说明如下。

&＃xff08;1&＃xff09;执行菜单命令“设计-层叠管理器”或者按快捷键“DK”&＃xff0c;进入如图8-38所示的层叠管理器&＃xff0c;进行相关参数设置。

图8-38  层叠管理器

&＃xff08;2&＃xff09;单击鼠标右键&＃xff0c;执行“Insert layer above”或“Insert layer below”命令&＃xff0c;可以进行添加层操作&＃xff0c;可添加正片或负片&＃xff1b;执行“Move layer up”或“Move layer down”命令&＃xff0c;可以对添加的层顺序进行调整。

&＃xff08;3&＃xff09;双击相应的名称&＃xff0c;可以更改名称&＃xff0c;&＃xff0c;一般可以改为TOP、GND02、SIN03、SIN04、PWR05、BOTTOM这样&＃xff0c;即采用“字母&＃43;层序号&＃xff08;Altium Designer 19自带这个功能&＃xff09;”&＃xff0c;这样方便读取识别。

&＃xff08;4&＃xff09;根据层叠结构设置板层厚度。

&＃xff08;5&＃xff09;为了满足设计的20H&＃xff0c;可以设置负片层的内缩量。

&＃xff08;6&＃xff09;单击“OK”按钮&＃xff0c;完成层叠设置。一个4层板的层叠效果如图8-39所示。

图8-39  4层板的层叠效果

建议信号层采取正片的方式处理&＃xff0c;电源层和地线层采取负片的方式处理&＃xff0c;可以在很大程度上减小文件数据量的大小和提高设计的速度。

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