PCB層疊設(shè)計解讀

1、層疊的定義及添加

對高速多層板來說，默認(rèn)的兩層設(shè)計無法滿足布線信號質(zhì)量及走線密度要求，這個時候需要對PCB層疊進行添加，以滿足設(shè)計的要求。

2、正片層與負(fù)片層

正片層就是平常用于走線的信號層（直觀上看到的地方就是銅線），可以用“線”“銅皮”等進行大塊鋪銅與填充操作，如圖8－32所示。

圖8－32 正片層

負(fù)片層則正好相反，即默認(rèn)鋪銅，就是生成一個負(fù)片層之后整一層就已經(jīng)被鋪銅了，走線的地方是分割線，沒有銅存在。要做的事情就是分割鋪銅，再設(shè)置分割后的鋪銅的網(wǎng)絡(luò)即可，如圖8－33所示。

圖8－33 負(fù)片層

3、內(nèi)電層的分割實現(xiàn)

在Protel版本中，內(nèi)電壓是用“分裂”來分割的，而現(xiàn)在用的版本Altium Designer 19直接用“線條”、快捷鍵“PL”來分割。分割線不宜太細(xì)，可以選擇15mil及以上。分割鋪銅時，只要用“線條”畫一個封閉的多邊形框，再雙擊框內(nèi)鋪銅設(shè)置網(wǎng)絡(luò)即可，如圖8－34所示。

圖8－34 雙擊給予網(wǎng)絡(luò)

正、負(fù)片都可以用于內(nèi)電層，正片通過走線和鋪銅也可以實現(xiàn)。負(fù)片的好處在于默認(rèn)大塊鋪銅填充，再進行添加過孔、改變鋪銅大小等操作都不需要重新鋪銅，這樣省去了重新鋪銅計算的時間。中間層用電源層和GND層（也稱地層、地線層、接地層）時，層面上大多是大塊鋪銅，這樣用負(fù)片的優(yōu)勢就很明顯。

4、PCB層疊的認(rèn)識

隨著高速電路的不斷涌現(xiàn)，PCB的復(fù)雜度也越來越高，為了避免電氣因素的干擾，信號層和電源層必須分離，所以就牽涉到多層PCB的設(shè)計。在設(shè)計多層PCB之前，設(shè)計者需要首先根據(jù)電路的規(guī)模、電路板的尺寸和電磁兼容（EMC）的要求來確定所采用的電路板結(jié)構(gòu)，也就是決定采用4層、6層，還是更多層數(shù)的電路板。這就是設(shè)計多層板的一個簡單概念。

確定層數(shù)之后，再確定內(nèi)電層的放置位置及如何在這些層上分布不同的信號。這就是多層PCB層疊結(jié)構(gòu)的選擇問題。層疊結(jié)構(gòu)是影響PCB的EMC性能的一個重要因素，一個好的層疊設(shè)計方案將會大大減小電磁干擾（EMI）及串?dāng)_的影響。

板的層數(shù)不是越多越好，也不是越少越好，確定多層PCB的層疊結(jié)構(gòu)需要考慮較多的因素。從布線方面來說，層數(shù)越多越利于布線，但是制板成本和難度也會隨之增加。對生產(chǎn)廠家來說，層疊結(jié)構(gòu)對稱與否是PCB制造時需要關(guān)注的焦點。所以，層數(shù)的選擇需要考慮各方面的需求，以達到最佳的平衡。

對有經(jīng)驗的設(shè)計人員來說，在完成元件的預(yù)布局后，會對PCB的布線瓶頸處進行重點分析，再綜合有特殊布線要求的信號線（如差分線、敏感信號線等）的數(shù)量和種類來確定信號層的層數(shù)，然后根據(jù)電源的種類、隔離和抗干擾的要求來確定內(nèi)電層的層數(shù)。這樣，整個電路板的層數(shù)就基本確定了。

5、常見的PCB層疊

確定了電路板的層數(shù)后，接下來的工作便是合理地排列各層電路的放置順序。圖8－35和圖8－36分別列出了常見的4層板和6層板的層疊結(jié)構(gòu)。

圖8－35 常見的4層板的層疊結(jié)構(gòu)

圖8－36 常見的6層板的層疊結(jié)構(gòu)

6、層疊分析

怎么層疊？哪樣層疊更好？一般遵循以下幾點基本原則。

① 元件面、焊接面為完整的地平面（屏蔽）。

② 盡可能無相鄰平行布線層。

③ 所有信號層盡可能與地平面相鄰。

④ 關(guān)鍵信號與地層相鄰，不跨分割區(qū)。

可以根據(jù)以上原則，對如圖8－35和圖8－36所示的常見的層疊方案進行分析，分析情況如下。

（1）3種常見的4層板的層疊方案優(yōu)缺點對比如表8－1所示。

（2）4種常見的6層板的層疊方案優(yōu)缺點對比如表8－2所示。

通過方案1到方案4的對比發(fā)現(xiàn)，在優(yōu)先考慮信號的情況下，選擇方案3和方案4會明顯優(yōu)于前面兩種方案。但是在實際設(shè)計中，產(chǎn)品都是比較在乎成本的，然后又因為布線密度大，通常會選擇方案1來做層疊結(jié)構(gòu)，所以在布線的時候一定要注意相鄰兩個信號層的信號交叉布線，盡量讓串?dāng)_降到最低。

（3）常見的8層板的層疊推薦方案如圖8－37所示，優(yōu)選方案1和方案2，可用方案3。

圖8－37 常見的8層板的層疊推薦方案

7、層的添加及編輯

確認(rèn)層疊方案之后，如何在Altium Designer當(dāng)中進行層的添加操作呢？下面簡單舉例說明如下。

（1）執(zhí)行菜單命令“設(shè)計－層疊管理器”或者按快捷鍵“DK”，進入如圖8－38所示的層疊管理器，進行相關(guān)參數(shù)設(shè)置。

圖8－38 層疊管理器

（2）單擊鼠標(biāo)右鍵，執(zhí)行“Insert layer above”或“Insert layer below”命令，可以進行添加層操作，可添加正片或負(fù)片；執(zhí)行“Move layer up”或“Move layer down”命令，可以對添加的層順序進行調(diào)整。

（3）雙擊相應(yīng)的名稱，可以更改名稱，，一般可以改為TOP、GND02、SIN03、SIN04、PWR05、BOTTOM這樣，即采用“字母＋層序號（Altium Designer 19自帶這個功能）”，這樣方便讀取識別。

（4）根據(jù)層疊結(jié)構(gòu)設(shè)置板層厚度。

（5）為了滿足設(shè)計的20H，可以設(shè)置負(fù)片層的內(nèi)縮量。

（6）單擊“OK”按鈕，完成層疊設(shè)置。一個4層板的層疊效果如圖8－39所示。

圖8－39 4層板的層疊效果

建議信號層采取正片的方式處理，電源層和地線層采取負(fù)片的方式處理，可以在很大程度上減小文件數(shù)據(jù)量的大小和提高設(shè)計的速度。
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