對(duì)于PCB廠常用的 4 層板來說,有以下幾種層疊方式(從頂層到底層)。
(1)Siganl_1(Top),GND(Inner_1),POWER(Inner_2),Siganl_2(Bottom)。
(2)Siganl_1(Top),POWER(Inner_1),GND(Inner_2),Siganl_2(Bottom)。
(3)POWER(Top),Siganl_1(Inner_1),GND(Inner_2),Siganl_2(Bottom)。
顯然,方案 3 電源層和地層缺乏有效的耦合,不應(yīng)該被采用。
那么方案 1 和方案 2 應(yīng)該如何進(jìn)行選擇呢?
一般情況下,設(shè)計(jì)人員都會(huì)選擇方案 1 作為 4層板的結(jié)構(gòu)。選擇的原因并非方案 2 不可被采用,而是一般的 PCB 板都只在頂層放置元器件,所以采用方案 1 較為妥當(dāng)。
但是當(dāng)在頂層和底層都需要放置元器件,而且內(nèi)部電源層和地層之間的介質(zhì)厚度較大,耦合不佳時(shí),就需要考慮哪一層布置的信號(hào)線較少。對(duì)于方案 1而言,底層的信號(hào)線較少,可以采用大面積的銅膜來與 POWER 層耦合;反之,如果元器件主要布置在底層,則應(yīng)該選用方案 2 來制板。
如果采用層疊結(jié)構(gòu),那么電源層和地線層本身就已經(jīng)耦合,考慮對(duì)稱性的要求,一般采用方案 1。
6層板
在完成 4 層板的層疊結(jié)構(gòu)分析后,下面通過一個(gè) 6 層板組合方式的例子來說明 6 層板層疊結(jié)構(gòu)的排列組合方式和優(yōu)選方法。
(1)Siganl_1(Top),GND(Inner_1),Siganl_2(Inner_2),Siganl_3(Inner_3),POWER(Inner_4),Siganl_4(Bottom)。
方案 1 采用了 4 層信號(hào)層和 2 層內(nèi)部電源/接地層,具有較多的信號(hào)層,有利于元器件之間的布線工作,但是該方案的缺陷也較為明顯,表現(xiàn)為以下兩方面:
① 電源層和地線層分隔較遠(yuǎn),沒有充分耦合。
② 信號(hào)層 Siganl_2(Inner_2)和 Siganl_3(Inner_3)直接相鄰,信號(hào)隔離性不好,容易發(fā)生串?dāng)_。
(2)Siganl_1(Top),Siganl_2(Inner_1),POWER(Inner_2),GND(Inner_3),Siganl_3(Inner_4),Siganl_4(Bottom)。
方案 2 相對(duì)于方案 1,電源層和地線層有了充分的耦合,比方案 1 有一定的優(yōu)勢(shì),但是
Siganl_1(Top)和 Siganl_2(Inner_1)以及 Siganl_3(Inner_4)和 Siganl_4(Bottom)信號(hào)層直接相鄰,信號(hào)隔離不好,容易發(fā)生串?dāng)_的問題并沒有得到解決。
(3)Siganl_1(Top),GND(Inner_1),Siganl_2(Inner_2),POWER(Inner_3),GND(Inner_4),Siganl_3(Bottom)。
相對(duì)于方案 1 和方案 2,方案 3 減少了一個(gè)信號(hào)層,多了一個(gè)內(nèi)電層,雖然可供布線的層面減少了,但是該方案解決了方案 1 和方案 2 共有的缺陷。
① 電源層和地線層緊密耦合。
② 每個(gè)信號(hào)層都與內(nèi)電層直接相鄰,與其他信號(hào)層均有有效的隔離,不易發(fā)生串?dāng)_。
③ Siganl_2(Inner_2)和兩個(gè)內(nèi)電層 GND(Inner_1)和 POWER(Inner_3)相鄰,可以用來傳輸高速信號(hào)。兩個(gè)內(nèi)電層可以有效地屏蔽外界對(duì) Siganl_2(Inner_2)層的干擾和Siganl_2(Inner_2)對(duì)外界的干擾。
綜合各個(gè)方面,方案 3 顯然是最優(yōu)化的一種,同時(shí),方案 3 也是 6 層板常用的層疊結(jié)構(gòu)。通過對(duì)以上兩個(gè)例子的分析,相信讀者已經(jīng)對(duì)層疊結(jié)構(gòu)有了一定的認(rèn)識(shí),但是在有些時(shí)候,某一個(gè)方案并不能滿足所有的要求,這就需要考慮各項(xiàng)設(shè)計(jì)原則的優(yōu)先級(jí)問題。遺憾的是由于電路板的板層設(shè)計(jì)和實(shí)際電路的特點(diǎn)密切相關(guān),不同電路的抗干擾性能和設(shè)計(jì)側(cè)重點(diǎn)各有所不同,所以事實(shí)上這些原則并沒有確定的優(yōu)先級(jí)可供參考。但可以確定的是,設(shè)計(jì)原則 2(內(nèi)部電源層和地層之間應(yīng)該緊密耦合)在設(shè)計(jì)時(shí)需要首先得到滿足,另外如果電路中需要傳輸高速信號(hào),那么設(shè)計(jì)原則 3(電路中的高速信號(hào)傳輸層應(yīng)該是信號(hào)中間層,并且夾在兩個(gè)內(nèi)電層之間)就必須得到滿足。