層疊設計----PCB 工程師需要注意的地方

????較多的PCB工程師,他們經(jīng)常畫電腦主板,對Allegro等優(yōu)秀的工具非常的熟練,但是,非?？上У氖?他們居然很少知道如何進行阻抗控制,如何使用工具進行信號完整性分析.如何使用IBIS模型我覺得真正的PCB高手應該還是信號完整性專家,而不僅僅停留在連連線,過過孔的基礎上對布通一塊板子容易，布好一塊好難。

小資料
　　 對于電源、地的層數(shù)以及信號層數(shù)確定后，它們之間的相對排布位置是每一個PCB工程師都不能回避的話題；

　　 單板 層的排布一般原則：

　　 元件面下面（第二層）為地平面，提供器件屏蔽層以及為頂層布線提供參考平面；

　　 所有信號層盡可能與地平面相鄰；

　　 盡量避免兩信號層直接相鄰；

　　 主電源盡可能與其對應地相鄰；

　　 兼顧層壓結構對稱。
　　 對于母板的層排布，現(xiàn)有母板很難控制平行長距離布線，對于板級 工作頻率在50MHZ以上的（50MHZ以下的情況可參照，適當放寬），建議排布原則：
　　 元件面、焊接面為完整的地平面（屏蔽）；

　　 無相鄰平行布線層；

　　 所有信號層盡可能與地平面相鄰；

　　 關鍵信號與地層相鄰，不跨分割區(qū)。
　　 注：具體PCB的層的設置時，要對以上原則進行靈活掌握，在領會以上原則的基礎上，根據(jù)實際單板的需求，如：是否需要一關鍵布線層、電源、地平面的分割情況等，確定層的排布，切忌生搬硬套，或摳住一點不放。
以下為單板層的排布的具體探討：
　　 *四層板，優(yōu)選方案1，可用方案3
方案 電源層數(shù) 地層數(shù) 信號層數(shù) 1 2 3 4
1 1 1 2 S G P S
2 1 2 2 G S S P
3 1 1 2 S P G S
　 方案1 此方案四層PCB的主選層設置方案，在元件面下有一地平面，關鍵信號優(yōu)選布TOP層；至于層厚設置，有以下建議：
　　 滿足阻抗控制芯板（GND到POWER）不宜過厚，以降低電源、地平面的分布阻抗；保證電源平面的去藕效果；為了達到一定的屏蔽效果，有人試圖把電源、地平面放在TOP、BOTTOM層，即采用方案2：
　　 此方案為了達到想要的屏蔽效果，至少存在以下缺陷：
　　 電源、地相距過遠，電源平面阻抗較大
　　 電源、地平面由于元件焊盤等影響，極不完整
　　 由于參考面不完整，信號阻抗不連續(xù)
　　 實際上，由于大量采用表貼器件，對于器件越來越密的情況下，本方案的電源、地幾乎無法作為完整的參考平面，預期的屏蔽效果很難實現(xiàn)；方案2使用范圍有限。但在個別單板中，方案2不失為最佳層設置方案。
　　 以下為方案2使用案例；
　　 案例（特例）：設計過程中，出現(xiàn)了以下情況：

　　 A、整板無電源平面，只有GND、PGND各占一個平面；

　　 B、整板走線簡單，但作為接口濾波板，布線的輻射必須關注；

　　 C、該板貼片元件較少，多數(shù)為插件。

　　 分析：
　　?。薄⒂捎谠摪鍩o電源平面，電源平面阻抗問題也就不存在了；

　　?。?、由于貼片元件少（單面布局），若表層做平面層，內(nèi)層走線，參考平面的完整性基本得到保證，而且第二層可鋪銅保證少量頂層走線的參考平面；

　　?。?、作為接口濾波板，PCB布線的輻射必須關注，若內(nèi)層走線，表層為GND、PGND，走線得到很好的屏蔽，傳輸線的輻射得到控制；
　　 鑒于以上原因，在本板的層的排布時，決定采用方案2，即：GND、S1、S2、PGND，由于表層仍有少量短走線，而底層則為完整的地平面，我們在S1布線層鋪銅，保證了表層走線的參考平面；五塊接口濾波板中，出于以上同樣的分析，設計人員決定采用方案2，同樣不失為層的設置經(jīng)典。
　　 列舉以上特例，就是要告訴大家，要領會層的排布原則，而非機械照搬。
　　 方案3：此方案同方案1類似，適用于主要器件在BOTTOM布局或關鍵信號底層布線的情況；一般情況下，限制使用此方案；
　　 *六層板：優(yōu)選方案3，可用方案1，備用方案2、4對于六層板，優(yōu)先考慮方案3，優(yōu)選布線層S2，其次S3、S1。主電源及其對應的地布在4、5層，層厚設置時，增大S2-P之間的間距，縮小P-G2之間的間距（相應縮小G1-S2層之間的間距），以減小電源平面的阻抗，減少電源對S2的影響；
　　 在成本要求較高的時候，可采用方案1，優(yōu)選布線層S1、S2，其次S3、S4，與方案1相比，方案2保證了電源、地平面相鄰，減少電源阻抗，但S1、S2、S3、S4全部裸露在外，只有S2才有較好的參考平面；

　　 對于局部、少量信號要求較高的場合，方案4比方案3更適合，它能提供極佳的布線層S2。
　　 *八層板：優(yōu)選方案2、3、可用方案1
　　 對于單電源的情況下，方案2比方案1減少了相鄰布線層，增加了主電源與對應地相鄰，保證了所有信號層與地平面相鄰，代價是：犧牲一布線層；對于雙電源的情況，推薦采用方案3，方案3兼顧了無相鄰布線層、層壓結構對稱、主電源與地相鄰等優(yōu)點，但S4應減少關鍵布線；方案4：無相鄰布線層、層壓結構對稱，但電源平面阻抗較高；應適當加大3-4、5-6，縮小2-3、6-7之間層間距；
　　 方案5：與方案4相比，保證了電源、地平面相鄰；但S2、S3相鄰，S4以P2作參考平面；對于底層關鍵布線較少以及S2、S3之間的線

間竄擾能控制的情況下此方案可以考慮；
　　 *十層板：推薦方案2、3、可用方案1、4
　　 方案3：擴大3-4與7-8各自間距，縮小5-6間距，主電源及其對應地應置于6、7層；優(yōu)選布線層S2、S3、S4，其次S1、S5；本方案適合信號布線要求相差不大的場合，兼顧了性能、成本；推薦大家使用；但需注意避免S2、S3之間平行、長距離布線；

　　 方案4：EMC效果極佳，但與方案3比，犧牲一布線層；在成本要求不高、EMC指標要求較高、且必須雙電源層的關鍵單板，建議采用此種方案；優(yōu)選布線層S2、S3,對于單電源層的情況，首先考慮方案2，其次考慮方案1。方案1具有明顯的成本優(yōu)勢，但相鄰布線過多，平行長線難以控制；
　　 *十二層板：推薦方案2、3，可用方案1、4、備用方案5

　　 以上方案中，方案2、4具有極好的EMC性能，方案1、3具有較佳的性價比；

　　 對于14層及以上層數(shù)的單板，由于其組合情況的多樣性，這里不再一一列舉。大家可按照以上排布原則，根據(jù)實際情況具體分析。

　　 以上層排布作為一般原則，僅供參考，具體設計過程中大家可根據(jù)需要的電源層數(shù)、布線層數(shù)、特殊布線要求信號的數(shù)量、比例以及電源、地的分割情況，結合以上排布原則靈活掌握

　　 6層板以后的各個方案在哪?
　　
　　 6層和8層來了
　　 *六層板，優(yōu)選方案3，可用方案1，備用方案2、4
方案 電源 地 信號 1 2 3 4 5 6
1 1 1 4 S1 G S2 S3 P S4
2 1 1 4 S1 S2 G P S3 S4
3 1 2 3 S1 G1 S2 G2 P S3
4 1 2 3 S1 G1 S2 G2 P S3
　　 *八層板：優(yōu)選方案2、3、可用方案1
方案 電源 地 信號 1 2 3 4 5 6 7 8
1 1 2 5 S1 G1 S2 S3 P S4 G2 S5
2 1 3 4 S1 G1 S2 G2 P S3 G3 S4
3 2 2 4 S1 G1 S2 P1 G2 S3 P2 S4
4 2 2 4 S1 G1 S2 P1 P2 S3 G3 S4
5 2 2 4 S1 G1 P1 S2 S3 G2 P2 S4
EMC問題

　　 在布板的時候還應該注意EMC的抑制哦?。∵@很不好把握，分布電容隨時存在！！
　 如何接地!
　　 PCB設計原本就要考慮很多的因素,不同的環(huán)境需要考慮不同的因素.另外,我不是PCB工程師,經(jīng)驗并不豐富:)))
　　 地的分割與匯接

　　 接地是抑制電磁干擾、提高電子設備EMC性能的重要手段之一。正確的接地既能提高產(chǎn)品抑制電磁干擾的能力，又能減少產(chǎn)品對外的EMI發(fā)射。