資料介紹
多層PCB通常用于高速、高性能的系統(tǒng),其中一些層用于電源或地參考平面,這些平面通常是沒有分割的實(shí)體平面。無論這些層做什么用途,電壓為多少,它們將作為與之相鄰的信號(hào)走線的電流返回路徑。構(gòu)造一個(gè)好的低阻抗的電流返回路徑最重要的就是合理規(guī)劃這些參考平面的設(shè)計(jì)。圖1所示為一種典型多層PCB疊層配置。
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信號(hào)層大部分位于這些金屬實(shí)體參考平面層之間,構(gòu)成對(duì)稱帶狀線或是非對(duì)稱帶狀線。此外,板子的上、下兩個(gè)表面(頂層和底層),主要用于放置元件的焊盤,其上也有一些信號(hào)走線,但不能太長(zhǎng),以減少來自走線的直接輻射。
圖1 一種典型多層PCB疊層配置
通常用P表示參考平面層;S表示信號(hào)層;T表示頂層;B表示底層。下面以一個(gè)12層的PCB來說明多層PCB的結(jié)構(gòu)和布局,如圖6-14所示,其層的用途分配為“T—P—S—P—s—P—S—P—S—s—P—B”。下面是一些關(guān)于多層PCB疊層設(shè)計(jì)的原則。
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1、為參考平面設(shè)定直流電壓:解決電源完整性的一個(gè)重要措施是使用去耦電容,而去耦電容只能放置在PCB的頂層和底層,去耦電容的效果會(huì)嚴(yán)重受到與其相連的走線、焊盤,以及過孔的影響,這就要求連接去耦電容的走線盡量短而寬,過孔盡量短。如圖所示,將第2層設(shè)置成分配給高速數(shù)字器件(如處理器)的電源;將第4層設(shè)置成高速數(shù)字地;而將去耦電源放置在PCB的頂層;這是一種比較合理的設(shè)計(jì)。此外,要盡量保證由同一個(gè)高速器件所驅(qū)動(dòng)的信號(hào)走線以同樣的電源層作為參考平面,而且此電源層為高速器件的電源。
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2、確定多電源參考平面:多電源層將被分割成幾個(gè)電壓不同的實(shí)體區(qū)域,如圖所示中將第11層分配為多電源層,那么其附近的第10層和底層上的信號(hào)電流將會(huì)遭遇不理想的返回路徑,使返回路徑上出現(xiàn)縫隙。對(duì)于高速信號(hào),這種不合理的返回路徑設(shè)計(jì)可能會(huì)帶來嚴(yán)重的問題。所以,高速信號(hào)布線應(yīng)該遠(yuǎn)離多電源參考平面。
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3、多個(gè)地敷銅層可以有效地減小PCB的阻抗,減小共模EMI。
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4、信號(hào)層應(yīng)該和鄰近的參考平面緊密耦合(即信號(hào)層和鄰近敷銅層之間的介質(zhì)厚度要很小);電源敷銅和地敷銅應(yīng)該緊密耦合。
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5、合理設(shè)計(jì)布線組合:為了完成復(fù)雜的布線,走線的層間轉(zhuǎn)換是不可避免的,而把同一個(gè)信號(hào)路徑所跨越的兩個(gè)層稱為一個(gè)“布線組合”。信號(hào)層間轉(zhuǎn)換時(shí)要保證返回電流可以順利地從-個(gè)參考平面流到另一個(gè)參考平面。事實(shí)上,最妤的布線組合設(shè)計(jì)是避免返回電流從一個(gè)參考平面流到另一個(gè)參考平面,而是簡(jiǎn)單地從參考平面的一個(gè)表面流到另一個(gè)表面。如圖所示中,第3層和第5層、第5層和第7層,以及第7層和第9層都可以作為一個(gè)布線組合。但是把第3層和第9層作為一個(gè)布線組合就不是合理的設(shè)計(jì),它需要返回電流從第4層耦合到第6層,再?gòu)牡?層耦合到第8層,這條路徑對(duì)于返回電流并不通暢。盡管可以通過在過孔附近放置去耦電容或者減小參考平面間的介質(zhì)厚度來減小地彈,但并非上策,在實(shí)際系統(tǒng)中可能還無法實(shí)現(xiàn)。
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6、設(shè)定布線方向:在同一信號(hào)層上,保證大多數(shù)布線的方向是一致的,同時(shí)與相鄰信號(hào)層的布線方向正交。如圖所示中,可將第3層和第7層的布線方向設(shè)為“南北”走向,而將第5層和第9層的布線方向設(shè)為“東西”走向。
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針對(duì)不同的系統(tǒng),其疊層設(shè)計(jì)的配置有所不同,下面列出一些常用的配置,如表所示。
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