多层板层叠结构规则

张昌兴

    确定了电路板层数后，接下来的工作便是合理地排列各层电路的放置顺序。主要考虑以下两点。
    (1)特殊信号层的分布。
    (2)电源层和地层的分布。
一、分层原则
    总的原则有以下几条。
    (1)信号层应该与一个内电层相邻(内部电源/地层)，利用内电层的大铜箔来为信号层提供屏蔽；
    (2)内部电源层和地层之间应该紧密耦合，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电容，增大谐振频率；（即要求电源层和地层相邻，紧密耦合）
    (3)电路中的高速信号传输层应该是信号中间层，并且夹在两个内电层之间。这样两个内电层的铜箔可以为高速信号传输提供电磁屏蔽，同时也能有效地将高速信号的辐射限制在两个内电层之间，不对外造成干扰；
    (4)避免两个信号层直接相邻。相邻的信号层之间容易引入串扰，从而导致电路功能失效。在两信号层之间加入地平面可以有效地避免串扰；
    (5)多个接地的内电层可以有效地降低接地阻抗；
    (6)兼顾层结构的对称性。
二、4层板分层应用分析
    对于常用的4层板来说，有以下几种层叠方式(从顶层到底层)。
    (1)Signal_1(Top),GND(Inner_1),POWER(Inner_2),Signal_2(Bottom).
    (2)Signal_1(Top),POWER(Inner_1),GND(Inner_2),Signal_2(Bottom).
    (3)POWER(Top),Signal_1(Inner_1),GND(Inner_2),Signal_2(Bottom).
    显然，方案3电源层和地层缺乏有效的耦合，不予采用。
    那么方案1和方案2应该如何进行选择呢？一般情况下，设计人员都会选择方案1作为4层板的结构。原因并非方案2不可被采用，而是一般的PCB板都只在顶层放置元器件，所以采用方案1较为妥当(地层与放置元件的顶层相邻，形成“微带线”效应，那么大部分的信号线可以与地层相邻有助于去除干扰)。但是当在顶层和底层都需要放置元器件，而且内部电源层和地层之间的介质厚度较大，耦合不佳时，就需要考虑哪一层布置的信号线较少（信号线少的可以放置接地的大铜箔，与电源层形成耦合）。对于方案1而言，底层的信号线较少，可以采用大面积的铜膜来与POWER层耦合；反之，如果元器件主要布置在底层，则应该选用方案2来制板。
三、6层板分层应用分析
    由4层板的分析过程和结果，来进一步分析6层板的分层排列方式和优选方法。
    (1)Signal_1(Top),GND(Inner_1),Signal_2(Inner_2),Signal_3(Inner_3),POWER(Inner_4）,Signal_4（Bottom）.
    方案1采用了4层信号层和2层内部电源/接地层，具有较多的信号层，有利于元器件之间的布线工作，但是该方案的缺陷也较为明显，表现为以下两方面。
    ① 电源层和地线层分隔较远，没有充分耦合。
    ② 信号层Signal_2(Inner_2)和Signal_3(Inner_3)直接相邻，信号隔离性不好，容易发生串扰。
    (2)Signal_1(Top),Signal_2(Inner_1),POWER(Inner_2),GND(Inner_3),Signal_3(Inner_4）,Signal_4(Bottom).
方案2相对于方案1，电源层和地线层有了充分的耦合，比方案1有一定的优势，但是Signal_1(Top)和Signal_2(Inner_1)以及Signal_3(Inner_4)和Signal_4(Bottom)信号层直接相邻，信号隔离不好，容易发生串扰的问题并没有得到解决。
    (3)Signal_1(Top),GND(Inner_1),Signal_2(Inner_2),POWER(Inner_3),GND(Inner_4),Signal_3（Bottom）.
    相对于方案1和方案2，方案3减少了一个信号层，多了一个内电层，虽然可供布线的层面减少了，但是该方案解决了方案1和方案2所提到的缺陷。
    ① 电源层和地线层紧密耦合。
    ② 每个信号层都与内电层直接相邻，与其他信号层均有有效的隔离，不易发生串扰。
    ③ Signal_2(Inner_2)和两个内电层GND(Inner_1)和POWER(Inner_3)相邻，可以用来传输高速信号。两个内电层可以有效地屏蔽外界对Signal_2(Inner_2)层的干扰和Signal_2(Inner_2)对外界的干扰。
    综合各个方面，方案3显然是最优化的一种，同时，方案3也是6层板常用的层叠结构。
四、综述
    很多时候，某一个方案并不能满足所有的要求，这就需要考虑各项设计原则的优先级问题。遗憾的是由于电路板的板层设计和实际电路的特点密切相关，不同电路的抗干扰性能和设计侧重点各有所不同，所以事实上这些原则并没有确定的优先级可供参考。但可以确定的是，设计原则2(内部电源层和地层之间应该紧密耦合)在设计时需要首先得到满足，另外如果电路中需要传输高速信号，那么设计原则3(电路中的高速信号传输层应该是信号中间层，并且夹在两个内电层之间)就必须得到满足。

张昌兴

这是公司之前一个案子中涉及到的一块高频转接板（600M）的板卡分析笔记中的一部分，同样是网上摘抄来的资料，给各位同样是小白的同学们学习参考用。



PS：本来是打算按照由浅及深的顺序来整理笔记，发表帖子的，但是实在是整理笔记相当花费时间，家里的工作室还没有组建起来，慢慢来吧，细水长流，争取发出来的帖子都是“精品”

张昌兴

下次针对性全文进行分析。

张昌兴

当然这板卡里面涉及到的如何添加信号层，如何添加内电层，差分线知识，线路等长原则，AD中如何绘制差分线，内电层“负片性”，内电层分割等的相关PCB设计方面的知识，后期慢慢的补齐到本版块中。


它山之石可以攻玉，细水长流，慢慢来~

李维强-15级

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张昌兴

李维强-15级 发表于 2017-9-28 16:44
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搞起搞起~
自己学习的同时，再留下一点笔记