一文輕松搞定PCB疊層和阻抗設(shè)計(jì)

為了減少在高速信號(hào)傳輸過(guò)程中的反射現(xiàn)象，必須在信號(hào)源、接收端以及傳輸線上保持阻抗的匹配。單端信號(hào)線的具體阻抗取決于它的線寬尺寸以及與參考平面之間的相對(duì)位置。特定阻抗要求的差分對(duì)間的線寬/線距則取決于選擇的PCB疊層結(jié)構(gòu)。

由于最小線寬和最小線距是取決于PCB類型以及成本要求，受此限制，選擇的PCB疊層結(jié)構(gòu)必須能實(shí)現(xiàn)板上的所有阻抗需求，包括內(nèi)層和外層、單端和差分線等。

一、PCB疊層設(shè)計(jì)

1、層的定義設(shè)計(jì)原則

1、主芯片相臨層為地平面，提供器件面布線參考平面；

2、所有信號(hào)層盡可能與地平面相鄰；

3、盡量避免兩信號(hào)層直接相鄰；

4、主電源盡可能與其對(duì)應(yīng)地相鄰；

5、原則上應(yīng)該采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)稱的含義包括：介質(zhì)層厚度及種類、銅箔厚度、圖形分布類型（大銅箔層、線路層）的對(duì)稱。

2、PCB的層定義推薦方案

具體的PCB層設(shè)置時(shí)，要對(duì)以上原則進(jìn)行靈活掌握，根據(jù)實(shí)際的需求，確定層的排布，切忌生搬硬套。以下給出常見(jiàn)的層排布推薦方案，供參考。在層設(shè)置時(shí)，若有相鄰布線層，可通過(guò)增大相鄰布線層的間距，來(lái)降低層間串?dāng)_。對(duì)于跨分割的情況，確保關(guān)鍵信號(hào)必須有相對(duì)完整的參考地平面或提供必要的橋接措施。

本文以RK3588方案的PCB設(shè)計(jì)為例，其10層1階，10層2階，8層通孔等PCB疊層結(jié)構(gòu)的相關(guān)介紹，給客戶在疊層結(jié)構(gòu)的選擇和評(píng)估上提供幫助。如果選擇其他類型的疊層結(jié)構(gòu)，請(qǐng)根據(jù)PCB廠商給出的規(guī)格，重新計(jì)算阻抗。

本文使用華秋DFM軟件的阻抗計(jì)算功能，為大家展開(kāi)相關(guān)疊層和阻抗設(shè)計(jì)的案例講解。這是一款國(guó)內(nèi)免費(fèi)的PCB可制造性和PCBA裝配分析軟件，幫助設(shè)計(jì)工程師在生產(chǎn)前檢查出可制造性問(wèn)題，且能夠滿足工程師需要的多種使用場(chǎng)景。

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二、8層通孔板1.6mm厚度疊層設(shè)計(jì)

在8層通孔板疊層設(shè)計(jì)中，頂層信號(hào)L1的參考平面為L(zhǎng)2，底層信號(hào)L8的參考平面為L(zhǎng)7。建議層疊為TOP-Gnd-Signal-Power-Gnd-Signal-Gnd-Bottom，基銅厚度建議全部采用 1oZ，厚度為1.6mm，其疊層設(shè)計(jì)如下圖所示。

三、8層通孔板1.6mm厚度阻抗設(shè)計(jì)

1、外層單端50歐姆阻抗設(shè)計(jì)

使用華秋DFM工具，選擇外層單端阻抗模型，輸入對(duì)應(yīng)參數(shù)，計(jì)算出對(duì)應(yīng)線寬為3.8mil，L1與L8層是對(duì)稱設(shè)計(jì)，故L1層與L8層50歐姆單端走線為3.8mil，如下圖所示。

2、外層差分100歐姆阻抗設(shè)計(jì)

使用華秋DFM工具，選擇外層單端阻抗模型，輸入對(duì)應(yīng)參數(shù)，計(jì)算出對(duì)應(yīng)線寬/間距為3.3/7.7mil，L1與L8層是對(duì)稱設(shè)計(jì)，故L1層與L8層100歐姆差分走線為3.3/7.7mil，如下圖所示。

3、內(nèi)層單端50歐姆阻抗設(shè)計(jì)

使用華秋DFM工具，選擇外層單端阻抗模型，輸入對(duì)應(yīng)參數(shù)，計(jì)算出對(duì)應(yīng)線寬為4.2mil，L3與L6層是對(duì)稱設(shè)計(jì)，故L3層與L6層50歐姆單端走線為4.2mil，如下圖所示。

4、內(nèi)層差分100歐姆阻抗設(shè)計(jì)

使用華秋DFM工具，選擇外層單端阻抗模型，輸入對(duì)應(yīng)參數(shù)，計(jì)算出對(duì)應(yīng)線寬/間距為3.3/7.7mil，L3與L6層是對(duì)稱設(shè)計(jì)，故L3層與L6層100歐姆差分走線為3.3/7.7mil，如下圖所示。

5、總體阻抗走線線寬

四、8層通孔板1.2mm厚度疊層設(shè)計(jì)

在8層通孔板疊層設(shè)計(jì)中，頂層信號(hào)L1的參考平面為L(zhǎng)2，底層信號(hào)L8的參考平面為L(zhǎng)7。建議層疊為TOP-Gnd-Signal-Power-Gnd-Signal-Gnd-Bottom，基銅厚度建議全部采用 1oZ，厚度為1.2mm，詳細(xì)的疊層設(shè)計(jì)如下表所示。

五、8層通孔板1.2mm厚度阻抗設(shè)計(jì)

按照疊層設(shè)計(jì)參數(shù)，使用華秋DFM軟件進(jìn)行阻抗計(jì)算，計(jì)算方法與上述8層1.6MM通孔一致，不一一截圖，計(jì)算出的阻抗線寬線距如下表所示。

六、8層通孔板1.0mm厚度疊層設(shè)計(jì)

在8層通孔板疊層設(shè)計(jì)中，頂層信號(hào)L1的參考平面為L(zhǎng)2，底層信號(hào)L8的參考平面為L(zhǎng)7。建議層疊為TOP-Gnd-Signal-Power-Gnd-Signal-Gnd-Bottom，基銅厚度建議全部采用 1oZ，厚度為1.0mm，詳細(xì)的疊層設(shè)計(jì)如下表所示。

七、8層通孔板1.0mm厚度阻抗設(shè)計(jì)

按照疊層設(shè)計(jì)參數(shù)，使用華秋DFM軟件進(jìn)行阻抗計(jì)算，計(jì)算方法與上述8層1.6MM通孔一致，不一一截圖，計(jì)算出的阻抗線寬線距如下表所示。

八、10層1階HDI板1.6mm厚度疊層設(shè)計(jì)

在10層1階板疊層設(shè)計(jì)中，頂層信號(hào)L1的參考平面為L(zhǎng)2，底層信號(hào)L10的參考平面為L(zhǎng)9。建議層疊為TOP-Signal/Gnd-Gnd/Power-Signal-Gnd/Power-Gnd/Power-Gnd/Power-Signal-Gnd-Bottom，其中L1，L2，L9，L10，建議采用1oZ，其它內(nèi)層采用HoZ。如下圖所示為1.6mm板厚的參考疊層。

九、10層1階HDI板1.6mm厚度阻抗設(shè)計(jì)

按照疊層設(shè)計(jì)參數(shù)，使用華秋dfm軟件進(jìn)行阻抗計(jì)算，計(jì)算方法與上述8層通孔一致，不一一截圖，計(jì)算出的單端阻抗線寬線距、差分阻抗線寬線距如下圖所示。

十、10層2階HDI板1.6mm厚度疊層設(shè)計(jì)

在10層2階板疊層設(shè)計(jì)中，頂層信號(hào)L1的參考平面為L(zhǎng)2，底層信號(hào)L10的參考平面為L(zhǎng)9。建議層疊為TOP-Gnd-Signal-Gnd-Power-Signal/Pow -Gnd-Signal-Gnd-Bottom，其中L1，L2，L3，L8，L9，L10，建議采用1oZ，其它內(nèi)層采用HoZ。下圖為1.6mm板厚的參考疊層。

十一、10層2階HDI板1.6mm厚度阻抗設(shè)計(jì)

按照疊層設(shè)計(jì)參數(shù)，使用華秋dfm軟件進(jìn)行阻抗計(jì)算，計(jì)算方法與上述8層通孔一致，不一一截圖，計(jì)算出的單端阻抗線寬線距、差分阻抗線寬線距如下圖所示。

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