淺談PCB的層疊設(shè)計(jì)
- 發(fā)布時(shí)間:2022-10-10 15:07:55
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來源:與非網(wǎng) 作者:加油射頻工程師
當(dāng)把網(wǎng)表導(dǎo)入到layout軟件后,需要做的事,就是疊層的設(shè)計(jì)。
以前畫數(shù)字硬件板的時(shí)候,剛開始選的8層板,后來走線發(fā)現(xiàn)線實(shí)在走不開,最后又換成10層板。
據(jù)說有經(jīng)驗(yàn)的layout工程師,在網(wǎng)表導(dǎo)入后,就可以估算出用幾層板。無奈,我屬于沒經(jīng)驗(yàn)的兼職layout工程師,還沒練成這個(gè)本事,所以只能中途返工。
除了層數(shù)的選擇外,疊層結(jié)構(gòu)也有講究。單板上的東東,籠統(tǒng)的講,分為三種,即電源,地以及信號(hào)。所以,疊層也就分為電源層,地層以及信號(hào)層。
當(dāng)然還有,放置器件的層,這個(gè)一般在TOP面或者Bottom面。
而疊層的設(shè)計(jì),就是電源層,地層以及信號(hào)層三者之間的位置關(guān)系以及距離關(guān)系。通俗的講,就是誰在上,誰在下,誰誰離的近一點(diǎn),誰誰離的遠(yuǎn)一點(diǎn)。
那怎么確定三者之間的位置和距離關(guān)系呢?
先記住以下幾點(diǎn):
(1) 電源層和地層不得已不要分開,相鄰放置,且越近越好。因?yàn)檫@兩層之間形成的平面電容,距離越近,電容越大,對(duì)電源的濾波有好處。
(2) 電源和地平面均能作為信號(hào)的參考平面,但是呢,優(yōu)先選擇地平面。
(3) 元件面下面最好是地平面,為器件提供屏蔽層,為頂層布線提供參考面。
(4) 所有信號(hào)層盡可能與地平面相鄰,保證信號(hào)的電流回路不會(huì)亂。
(5) 避免兩信號(hào)層直接相鄰,若實(shí)在沒辦法,走線盡量保持垂直。
(6) 還有考慮層壓結(jié)構(gòu)對(duì)稱,要不板子容易彎曲。
4層板的疊層結(jié)構(gòu)可以有下面三種方案。
這三種方案中,優(yōu)先選擇方案1。
關(guān)鍵信號(hào)優(yōu)先選TOP層,因?yàn)樵赥OP層下面是GND層。射頻和高速信號(hào),走線需要為50ohm,所以疊層厚度需要考慮阻抗控制。GND和PWR層,一般是使用芯板,使其薄點(diǎn),保證平面電容的去耦效果。
方案2的目的,是想屏蔽得好一點(diǎn),所以把GND層和PWR層在最外層。
但是理想豐滿,現(xiàn)實(shí)骨感。想要在這個(gè)疊層條件下,獲得好的屏蔽效果,對(duì)使用其的設(shè)計(jì)有苛刻的要求。
像我們常規(guī)的,具有很多器件的設(shè)計(jì),就不適合使用方案2. GND和PWR面會(huì)由于元件焊盤的影響,變得極不完整,這就導(dǎo)致S1和S2上的信號(hào)的回流亂亂的。同時(shí),GND和PWR離的太遠(yuǎn),去耦效果也大幅度下降。
方案3,和方案1類似。適用于主要器件在BOTTOM布局的情況,關(guān)鍵信號(hào)在BOTTOM層布線。
6層板的結(jié)構(gòu)有下面4種方案。
六層板時(shí),優(yōu)先考慮方案3.布線層選擇依次為S2,BOTTOM,TOP。主電源在第四層和第五層。
層厚設(shè)置上,增大S2和PWR之間的間距(減小電源對(duì)S2的影響),縮小PWR和GND2之間的間距(提升板間電容的去耦效果),縮小GND1和S2之間的間距(減小電源對(duì)S2的影響).
方案1,優(yōu)選布線層TOP和S2,其次是S3和BOTTOM。不過,有時(shí)候像射頻布板,沒有專門的電源平面,這時(shí)候,布線層就優(yōu)選TOP和BOTTOM層。
方案2,保證了電源和地平面相鄰,保證了板間電容的去耦效果,但TOP,BOTTOM,S2,S3都在外面,只有S2有較好的參考平面。
方案4,適合對(duì)于少量信號(hào)有高要求的場(chǎng)合,因?yàn)镾2上下都是GND,EMC性能最好。
八層板的結(jié)構(gòu)有下面5種方案。
優(yōu)選方案2和方案3。
方案2中所有的布線層都與地平面相鄰,與方案1相比,減少了相鄰布線層。
方案3與方案2比,將第七層由GND更改為PWR層,所以需要減少S4上的關(guān)鍵布線。
方案4,無相鄰布線層,層壓結(jié)構(gòu)對(duì)稱,但是PWR離GND層遠(yuǎn),電源平面阻抗較高。需要適當(dāng)加大S2和PW1、PWR2和S3之間的距離,縮小GND1和S2、GND3和S3之間的距離。也就是說,讓中間層的布線離電源層遠(yuǎn)點(diǎn),離GND層近點(diǎn)。
方案5,電源和地平面相鄰,有相鄰布線層(s2,s3), S4的參考面是PWR層。如果底層關(guān)鍵布線少,且能控制S2和S3的線間串?dāng)_,可以考慮該方法。
十層板的方案有如下4種。
優(yōu)選方案2和方案3.
方案3, 擴(kuò)大電源層與布線層的間距(S2和PWR1,PWR2和S4),縮小布線層和GND層的間距(S3和GND2,S4和GND3)。
主電源為PWR2層,其對(duì)應(yīng)地為GND2層。布線層優(yōu)先選擇S2,S3,S4,其次是S1和S5。
方案4:與方案3相比,少了一層布線層,但是EMC性能好。如果不考慮成本的話,優(yōu)先選擇這個(gè)。
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