高速PCB疊層設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

只有使用正確的PCB疊層進(jìn)行構(gòu)建，高速設(shè)計(jì)才能成功運(yùn)行。您的疊層必須正確布置電源和接地層，為信號分配足夠的層，并且所有材料組和銅選擇均能以適當(dāng)?shù)囊?guī)模和成本制造。如果設(shè)計(jì)人員能夠獲得正確的疊層，那么在確保信號完整性的情況下布線就會容易得多，并且可以抑制或防止許多更簡單的EMI問題。

為了幫助設(shè)計(jì)人員更快地設(shè)計(jì)和構(gòu)建支持所需布線和信號完整性的高速疊層，我們?yōu)椴煌悇e的高速疊層編譯了重要資源。

低層數(shù)疊層

更簡單的高速PCB將從4層電路板開始。我堅(jiān)定認(rèn)為，2層電路板不應(yīng)該用于支持阻抗控制的高速數(shù)字接口的設(shè)計(jì)，因?yàn)槠錈o法保證信號完整性或噪聲控制。任何設(shè)計(jì)專業(yè)人士均認(rèn)同這一點(diǎn)。

可以支持高速信號的三種主要類型的4層PCB疊層如下所示。在這些疊層中，選項(xiàng)1可以說是最佳選擇，因?yàn)樗峁┝俗畲蟮牟季€靈活性，并且可以用作雙面電路板。選項(xiàng)2也可用于雙面放置，但它限制了信號的布線位置，因?yàn)閮?nèi)層可能存在串?dāng)_。選項(xiàng)3適用于有高功率需求，但只能在一層上布線高速信號；被動元件或機(jī)械元件仍可以放置在背面層上。

詳細(xì)了解雙面PCB的最佳4層疊層選項(xiàng)

可支持高速布線的4層PCB疊層示例

如果需要將低速信號放入內(nèi)層等更高的信號數(shù)，則下一步是將選項(xiàng)1擴(kuò)展到更高的層數(shù)。這將從一個(gè)6層疊層開始，其中一個(gè)專用電源層和一個(gè)信號層被添加到上面選項(xiàng)1所示的疊層中。此疊層之所以有用，有兩個(gè)原因：

表層適用于受控阻抗高速接口

內(nèi)層可以支持大多數(shù)較慢的接口或控制信號

電源層可以分成多個(gè)大電源軌以支持不同的核心電壓電平

可以使用相同的步驟將疊層擴(kuò)展到具有高速信號的8層或更多層；下一節(jié)將討論這種類型的PCB疊層。

詳細(xì)了解可支持高速PCB的6層PCB疊層

適中層數(shù)

在某些時(shí)候，電路板疊層會變得非常厚，以至于PCB的總厚度會大于標(biāo)準(zhǔn)值。就制造方面而言，這不是問題；標(biāo)準(zhǔn)層壓過程可以處理超出標(biāo)準(zhǔn)厚度值并達(dá)到數(shù)毫米厚度的板。如果您的目標(biāo)是薄板，那么您將需要更薄的層；選項(xiàng)是增強(qiáng)型PTFE層壓板（將在下文討論）或直接轉(zhuǎn)向HDI過程。

適中層數(shù)的電路板（約8層以上）往往會將多個(gè)平面層分配給電源，并具有額外的信號層。對于適中層數(shù)的電路板，很少會有簡單的指南可以幫助抑制EMI并確保電源完整性：

只要信號不參考該平面層，就可以將電源層分成多個(gè)軌道

如果有多個(gè)電源平面，不要將電源平面堆疊在相鄰的層上，而是用一個(gè)GND層將其分開

將快速信號放在兩個(gè)GND平面之間的內(nèi)層上，不要將其參考有任何拆分的電源平面

僅將表層用于快速微帶線，可以使用一些電源布線（如有需要），也可以使用一些GND灌注（如有需要）

這些指南可能會導(dǎo)致您在設(shè)計(jì)中添加幾個(gè)額外的層，但優(yōu)勢是噪聲控制、電源完整性和信號完整性要好得多。

將層分組到更高層數(shù)的策略

更多高級疊層

在高速PCB設(shè)計(jì)的背景下，“更先進(jìn)”的想法可能意味著很多事情。在高速數(shù)字設(shè)計(jì)中，它在層選擇和排列方面可能有兩種可能的含義：

支持HDI布線的薄層

層數(shù)過高會迫使使用薄層

在多層的細(xì)間距BGA中進(jìn)行布線（但不一定要用HDI）

換句話說，您可以擁有非常薄的信號層（例如4密耳）和低層數(shù)的玻璃增強(qiáng)型FR4，或者您可以擁有非常高的層數(shù)，從而迫使采用薄層和可能的替代材料。

這些PCB高速疊層設(shè)計(jì)的考量重點(diǎn)是元件所需的線寬和可制造性，而不僅僅是疊層的Dk和Df值。在某些情況下，信號層需要使用低Dk、低Df的層壓板，但并不只是因?yàn)閾p耗較低。在這些設(shè)計(jì)中，可制造性和信號完整性至高無上，薄層壓板可以解決具有高層數(shù)和/或薄信號層的高速疊層中的許多挑戰(zhàn)。如今，較薄電路板的主要選擇是增強(qiáng)型PTFE層壓板，其厚度可低于4密耳，從而無需轉(zhuǎn)向最先進(jìn)的工藝或HDI過程。

其他資源

對高速PCB而言，疊層設(shè)計(jì)的其他重要領(lǐng)域是電源完整性和信號完整性。在BGA封裝具有細(xì)間距并且層變得非常薄時(shí)，也有可能需要轉(zhuǎn)向HDI設(shè)計(jì)。查看以下資源，詳細(xì)了解PCB設(shè)計(jì)的這些重要領(lǐng)域：

您需要了解的11種HDI材料

適用于HDI電路板的2+N+2 PCB疊層設(shè)計(jì)

電子書：PDN仿真和分析指南

疊層設(shè)計(jì)對信號完整性的影響

如果您需要指定材料、構(gòu)建疊層和進(jìn)行阻抗計(jì)算以支持高速PCB，請確保使用Altium Designer中的全套PCB設(shè)計(jì)工具。當(dāng)設(shè)計(jì)完成并準(zhǔn)備將文件遞交給制造商時(shí)，Altium 365平臺可以輕松地協(xié)作并共享您的項(xiàng)目。

審核編輯：湯梓紅