PCB層疊EMC系列知識

八層板

一個八層板可以用來增加兩個走線層或通過增加兩個平面來提高EMC性能。雖然我們看到了這兩種情況的例子，但我想說的是8層板層疊的大多數(shù)用于提高EMC性能，而不是增加額外的走線層。

八層板比六層板成本增加的百分比小于從四層增加到六層的百分比，因此更容易證明成本增加是為了改善EMC性能。

因此，大多數(shù)八層板(以及我們將在這里集中討論的所有板)由四個布線層和四個平面層組成。

八層板第一次為我們提供了機(jī)會，可以輕松地滿足最初提出的五個目標(biāo)。盡管有許多可能的層疊結(jié)構(gòu)，但我們只討論通過提供出色的EMC性能證明了的少數(shù)幾種層疊。

如上所述，通常使用8層來提高電路板的EMC性能，而不是增加布線層的數(shù)量。

無論您決定如何堆疊這些層，都絕對不建議使用包含六個布線層的八層板。如果你需要六個布線層，你應(yīng)該使用一個十層板。因此，八層板可以看作是具有最佳EMC性能的六層板。

具有出色EMC性能的8層板基本層疊結(jié)構(gòu)見圖9。

這種配置滿足第1部分中列出的所有目標(biāo)。所有的信號層都與平面相鄰，并且所有的層緊密耦合在一起。

高速信號被埋在平面之間，因此平面提供屏蔽，以減少這些信號的發(fā)射。此外，該板使用多個接地平面，從而降低接地阻抗。

為了獲得最佳的EMC性能和信號完整性，當(dāng)高頻信號換層(例如，從第4層到第5層)時，應(yīng)該在靠近信號過孔的兩個地平面之間添加一個地對地過孔，以便為電流提供一個就近的返回路徑。

圖9中的層疊可以通過對2-3層和6-7層采用某種形式的PCB埋容技術(shù)(如Zycon埋容)進(jìn)一步改進(jìn)。這種方法在高頻去耦方面提供了顯著的改進(jìn)，并允許使用更少的離散去耦電容

圖10顯示了另一個優(yōu)秀的配置，也是我最喜歡的配置之一。這種結(jié)構(gòu)類似于圖7，但包括兩個外層地面。通過這種安排，所有布線層都被埋在平面之間，因此被屏蔽。

H1表示信號1的水平走線層，V1表示信號1的垂直走線層。H2和V2對于信號2表示相同的，雖然不常用，但這種配置也滿足前面提出的所有五個目標(biāo)，并且具有走線相鄰于同一平面的正交信號的額外優(yōu)勢。

這種配置的典型層間距可能是.010"/0.005"/0.005"/0.20"/0.005"/0.005"/0.010"。

八層板的另一種可能性是通過將平面移動到圖11所示的中心來修改圖10。這樣做的好處是有一個緊密耦合的電源接地平面對，而不能屏蔽跡線。

這基本上是圖7的8層版本。它具有圖7所列的所有優(yōu)點(diǎn)，再加上中心的一個緊密耦合的電源接地平面對。

這種配置的典型層間距可能0.006"/0.006"/0.015"/0.006"/0.015"/0.006"/0.006"/0.006"。這種配置滿足目標(biāo)1和2、3和5，但不滿足目標(biāo)4。

這是一種性能優(yōu)良的配置，具有良好的信號交互性，由于電源/地平面是緊密耦合的，因此常常比圖10中的層疊更可取。

圖11中的層疊可以通過對4-5層采用某種形式的PCB埋容技術(shù)(如Zycon埋容)進(jìn)一步改進(jìn)。

使用8層以上的電路板幾乎沒有EMC優(yōu)勢。通常，只有在信號跡線布線需要額外的層時，才會使用多于8層的層疊。如果需要6個走線層，則應(yīng)使用10層板。

十層板

當(dāng)需要6個布線層時，應(yīng)該使用10層板。因此，十層板通常有六個信號層和四個平面，不建議在10層板上有6個以上的信號層。

十層也是在0.062英寸厚的板上通?？梢苑奖愕刂圃斓淖畲髮訑?shù)，偶爾你會看到一塊0.062英寸厚的12層板，但能生產(chǎn)它的制造商數(shù)量有限。

高層數(shù)板(10 +)需要薄的介質(zhì)(通常0.006”或低于0.062”厚板)，因此它們之間自動緊密耦合。當(dāng)正確地設(shè)置層疊和布線，他們可以滿足我們的所有目標(biāo)，并將有出色的EMC性能和信號完整性。

圖12中顯示了一個非常常見且近乎理想的十層板層疊。這種疊層之所以具有如此好的性能，是因?yàn)樾盘柵c回流面的緊密耦合、高速信號層的屏蔽、多個地平面的存在以及板中心的電源/地平面對的緊密耦合。

高速信號通常布在平面之間的信號層上(本例中為3-4層和7-8層)。

在這種配置中，對正交走線信號進(jìn)行配對的常用方法是層1和層10(只走低頻信號)，以及層3和層4和層7和層8(都走高速信號)。

通過這種方式對信號進(jìn)行配對，第2層和第9層上的平面為內(nèi)層上的高頻信號布線提供屏蔽。

此外，第3層和第4層的信號通過中心電源/地平面對與第7層和第8層的信號隔離。

例如，高速時鐘可能在其中一對上布線，高速地址和數(shù)據(jù)總線可能在另一對上布線。這樣一來，總線就受到了保護(hù)，不受干擾平面發(fā)出的時鐘噪音污染。

這種層疊滿足所有5個原始目標(biāo)。

在圖12所示的十層板上布線正交信號的另一種可能性是將層1和層3、層4和層7、層8和層10配對。在層1和3、層8和層10的情況下，該方法的優(yōu)點(diǎn)是參考同一平面布正交信號。

當(dāng)然，缺點(diǎn)是如果第1層和/或第10層上有高頻信號，PCB平面就沒有提供固有的屏蔽。因此，這些信號層應(yīng)該非?？拷鼈兿噜彽钠矫?這在十層板的情況下是自然發(fā)生的)。

上面討論的每一種布線配置都有一些優(yōu)點(diǎn)和一些缺點(diǎn)，如果仔細(xì)設(shè)計(jì)，任何一種都可以提供良好的EMC和信號完整性性能。

圖12中的層疊可以通過對第5層和第6層采用某種形式的嵌入式PCB電容技術(shù)(如Zycon埋容)進(jìn)一步改進(jìn)，從而提高高頻電源/地平面去耦。

圖13顯示了十層板的另一種可能的層疊。

這種配置放棄了緊密間隔的電源/地平面對，作為回報，它提供三個信號布線層對的屏蔽，該屏蔽由板外層的接地平面實(shí)現(xiàn)，并且這些布線層對由內(nèi)部電源和接地平面相互隔離。

在這種結(jié)構(gòu)中，所有的信號層都被屏蔽并彼此隔離。如果只有很少的低速信號可以放在外部信號層上(如圖12所示)，并且大多數(shù)信號都是高速的，那么圖13的疊加是非?？扇〉?，因?yàn)樗峁┝巳龑ζ帘蔚男盘柌季€層。

這種層疊的一個問題是，在高密度PCB板上，器件安裝焊盤和過孔會嚴(yán)重地破壞外部地平面。這個問題必須得到解決，并且要外部層要仔細(xì)布線。

這種配置滿足目標(biāo)1、2、4和5，但不滿足目標(biāo)3。

第三種可能性如圖14所示。這種疊加允許相鄰于同一平面的正交信號的布線，但在此過程中也必須放棄緊密間隔的電源/地平面。這種配置類似于圖10所示的八層板，外加兩個外低頻路由層。

圖14中的配置滿足目標(biāo)1、2、4和5，但不滿足目標(biāo)3。然而，它還有一個額外的優(yōu)點(diǎn)，即正交布線信號總是參考同一平面。

圖14中的層疊可以通過對第2層和第9層采用某種形式的嵌入式PCB電容技術(shù)(如Zycon埋容)來進(jìn)一步改進(jìn)(從而滿足目標(biāo)3)，但這可以有效地將其轉(zhuǎn)換為12層板。

總結(jié)

前面的部分已經(jīng)討論了各種方法，以堆疊高速，數(shù)字邏輯，PCBs從四層到十層。一個好的PCB層疊減少輻射，提高信號質(zhì)量，并有助于電源總線去耦。

沒有一種層疊是最好的，在每種情況下都有許多可行的選擇，通常需要對目標(biāo)做出一些妥協(xié)。

除了層數(shù)、層類型(平面或信號)和層的排列順序外，以下因素在決定板的EMC性能時也非常重要：

層間距；

為信號的正交布線分配信號層對；

給信號(時鐘、總線、高速、低頻等)分配布線層對

本文對板層疊的討論采用標(biāo)準(zhǔn)的0.062”厚板，截面對稱，采用傳統(tǒng)的過孔技術(shù)。如果考慮到盲孔、埋孔或微孔，其它因素也會發(fā)揮作用，且另外的板層疊不僅成為可能而且在許多情況下是可取的。