【E問(wèn)E答】如何正確使用PCB的分層和堆疊？

　　1.概述

　　多層印制板為了有更好的電磁兼容性設計。使得印制板在正常工作時(shí)能滿(mǎn)足電磁兼容和敏感度標準。正確的堆疊有助于屏蔽和抑制EMI。

　　2.多層印制板設計基礎。

　　多層印制板的電磁兼容分析可以基于克?；舴蚨珊头ɡ陔姶鸥袘?。

　　根據克?；舴蚨?，任何時(shí)域信號由源到負載的傳輸都必須有一個(gè)最低阻抗的路徑。見(jiàn)圖一。圖中I=I′,大小相等，方向相反。圖中I我們稱(chēng)為信號電流，I′稱(chēng)為映象電流，而I′所在的層我們稱(chēng)為映象平面層。如果信號電流下方是電源層(POWER)，此時(shí)的映象電流回路是通過(guò)電容耦合所達到的。見(jiàn)圖二。

　　根據以上兩個(gè)定律，我們得出在多層印制板分層及堆疊中應遵循以下基本原則：

　?、?nbsp;電源平面應盡量靠近接地平面，并應在接地平面之下。

　?、?nbsp;布線(xiàn)層應安排與映象平面層相鄰。

　?、?nbsp;電源與地層阻抗最低。

　?、?nbsp;在中間層形成帶狀線(xiàn)，表面形成微帶線(xiàn)。兩者特性不同。

　?、?nbsp;重要信號線(xiàn)應緊臨地層。

　　3. PCB板的堆疊與分層

　?、?nbsp;二層板。

　　此板僅能用于低速設計。EMC比較差。

　?、?nbsp;四層板。

　　由以下幾種疊層順序。下面分別把各種不同的疊層優(yōu)劣作說(shuō)明。

　　表一

　　注：S1 信號布線(xiàn)一層，S2 信號布線(xiàn)二層;GND 地層;POWER 電源層

　　第一種情況，應當是四層板中最好的一種情況。因為外層是地層，對EMI有屏蔽作用，同時(shí)電源層同地層也可靠得很近，使得電源內阻較小，取得最佳效果。但第一種情況不能用于當本板密度比較大的情況。因為這樣一來(lái)，就不能保證第一層地的完整性，這樣第二層信號會(huì )變得更差。另外，此種結構也不能用于全板功耗比較大的情況。

　　表中的第二種情況，是我們平時(shí)最常用的一種方式。從板的結構上，也不適用于高速數字電路設計。因為在這種結構中，不易保持低電源阻抗。以一個(gè)板2毫米為例：要求Z0=50ohm. 以線(xiàn)寬為8mil.銅箔厚為35цm。這樣信號一層與地層中間是0.14mm。而地層與電源層為1.58mm。這樣就大大的增加了電源的內阻。在此種結構中,由于輻射是向空間的，需加屏蔽板，才能減少EMI。

　　表中第三種情況，S1層上信號線(xiàn)質(zhì)量最好。S2次之。對EMI有屏蔽作用。但電源阻抗較大。此板能用于全板功耗大而該板是干擾源或者說(shuō)緊鄰著(zhù)干擾源的情況下。

　?、?nbsp;六層板

　　表二

　　A種情況，是常見(jiàn)的方式之一，S1是比較好的布線(xiàn)層。S2次之。但電源平面阻抗較差。布線(xiàn)時(shí)應注意S2對S3層的影響。

　　B種情況，S2層為好的布線(xiàn)層，S3層次之。電源平面阻抗較好。

　　C種情況，這種情況是六層板中最好的情況，S1，S2，S3都是好的布線(xiàn)層。電源平面阻抗較好。美中不足的是布線(xiàn)層同前兩種情況少了一層。

　　D種情況，在六層板中，性能雖優(yōu)于前三種，但布線(xiàn)層少于前兩種。此種情況多在背板中使用。

　?、?nbsp;八層板

　　表三

　　八層板，如果要有6個(gè)信號層，以A種情況為最好。但此種排列不宜用于高速數字電路設計。如果是5個(gè)信號層，以C種情況為最好。在這種情況中，S1，S2，S3都是比較好的布線(xiàn)層。同時(shí)電源平面阻抗也比較低。如果是4個(gè)信號層，以表三中B種情況為最好。每個(gè)信號層都是良好布線(xiàn)層。在這幾種情況中，相鄰信號層應布線(xiàn)。

　?、?nbsp;十層板

　　表四

　　十層板如果有6個(gè)信號層，有A，B，C三種疊層順序。A種情況為最好，C種次之，B種情況最差。其它沒(méi)有列出的情況，比這幾種情況更差。在A(yíng)種情況中，S1，S6是比較好的布線(xiàn)層。S2，S3，S5次之。這中間要特別指出的是，A同C，A種情況之所以好于C種情況，主要原因是因為在C種情況中，GND層同POWER層的距離是由S5同GND層距離決定的。這樣就不一定能保證GND層同POWER層的電源平面阻抗最小。D種情況應當說(shuō)是十層板中綜合性能最好的疊層順序。每個(gè)信號層都是優(yōu)良的布線(xiàn)層。E、F多用于背板。其中F種情況對EMC的屏蔽作用要好于E。不足之處是在于兩信號層相接，在布線(xiàn)上要注意。

　　總之，PCB的分層及疊層是一個(gè)比較復雜的事情。有多方面的因素要考慮。但我們應當記住我們要完成的功能，需要那些關(guān)鍵因素。這樣才能找到一個(gè)符合我們要求的印制板分層及疊層順。