高速PCB疊層設(shè)計(jì)

信息時(shí)代的來臨，pcb板的運(yùn)用越來越廣泛，而pcb板的發(fā)展，復(fù)雜程度也越來越高。隨著電子元件在pcb上越來越密集的排布，電氣干擾成了不可避免的問題。在多層板的設(shè)計(jì)運(yùn)用中，信號(hào)層和電源層必須分離，所以對(duì)疊層的設(shè)計(jì)和安排顯得尤為重要。一個(gè)好的設(shè)計(jì)方案，可以在多層板中大大減少EMI及串?dāng)_的影響。

多層板比普通單層板在設(shè)計(jì)中，添加了信號(hào)層，走線層，和安排了獨(dú)立電源層以及地層。多層板的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在為數(shù)字信號(hào)變換提供了一個(gè)穩(wěn)定的電壓，均勻地將電源同時(shí)加在每個(gè)元件上，有效的減少信號(hào)之間的干擾。

電源以鋪銅的大面積使用和地層，可以大大減少電源層和地層的電阻，使得電源層上電壓平穩(wěn)，可以保證每根信號(hào)線的特性，對(duì)阻抗和對(duì)減少串?dāng)_非常有利。在高端電路板設(shè)計(jì)上，已經(jīng)明確規(guī)定要使用六成以上的疊層方案。多層板載，電氣特性，以及對(duì)電磁輻射的抑制，都對(duì)低層板有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)。從成本上來說，一般的話層數(shù)越多，價(jià)格越貴，因?yàn)閜cb板的成本和層數(shù)有關(guān)，以及單位面積出現(xiàn)密度有關(guān)，在降低層數(shù)后走線空間會(huì)減少，從而增大走線密度，甚至要通過減少線寬說短信距來達(dá)到設(shè)計(jì)要求。這些可能會(huì)適當(dāng)增加成本?？赡軠p少疊層，降低成本，但是使得電氣性能變差，這種設(shè)計(jì)通常會(huì)適得其反。

將PCB微帶布線在模型上看，地平層也可以看作傳輸線的一部分。地鋪銅層可以當(dāng)作信號(hào)線回路通路。電源層通過去耦電容和地層相連，在交流情況下。兩者是等價(jià)的。低頻和高頻電流回路的不同就在于。在低頻情況下，電流的流回是沿著電阻最小的路徑。在高頻的情況下，電流的流回是沿著電感最小的回路。電流回流，集中分布在信號(hào)走線的正下方。

在高頻的情況下，如果一條導(dǎo)線直接在地層上布置，即使有更多的回路，電流回流，也要從始發(fā)路徑下的布線層流回信號(hào)源。因?yàn)檫@條路具有最小阻抗。這種使用大電容耦合抑制電場(chǎng)，和靠最小電容耦合抑制磁廠維持低電抗，我們稱之為自屏蔽

從這個(gè)公式中可以看出來，電流回流時(shí)，離信號(hào)線的距離和電流密度成反比。這樣回路面積最小，電感最小。同時(shí)可以得出，如果信號(hào)線和回路距離近，兩者電流大小相似，方向相反。和外部空間產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以抵消，所以外界EMI也非常小。在疊層設(shè)計(jì)中最好可以讓每個(gè)信號(hào)走線都有很近的地平層相對(duì)應(yīng)。

在地平層串?dāng)_問題中，高頻電路造成串?dāng)_主要是電感耦合，從上面電流回路公式中可以得出，兩個(gè)信號(hào)線比較近產(chǎn)生的回路電流會(huì)產(chǎn)生交疊。所以會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)干擾。

公式中K和信號(hào)上升時(shí)間以及干擾信號(hào)線長(zhǎng)度相關(guān)。在疊層設(shè)置上，拉近信號(hào)層和地層的距離會(huì)有效減少來自地平層的干擾。PCB布線上時(shí)常會(huì)出現(xiàn)電源層和地層鋪銅時(shí)，一不注意就會(huì)在鋪銅區(qū)出現(xiàn)一個(gè)隔離墻。這種問題的出現(xiàn)極大可能是過孔密度過高，或者過孔隔離區(qū)設(shè)計(jì)不合理。這樣使得上升時(shí)間減慢，回路面積增加。電感增大和產(chǎn)生串?dāng)_以及EMI。

我們?cè)阡侇^時(shí)要盡量設(shè)置成成對(duì)鋪頭。這是考慮到工藝上的平衡結(jié)構(gòu)要求，因?yàn)椴黄胶獾钠胀赡軙?huì)導(dǎo)致pcb板的變形。每個(gè)信號(hào)層，時(shí)間最好有一個(gè)普通城作為間隔。高端電源和鋪銅城之間的距離，有利于穩(wěn)定和減少EMI。在高速板設(shè)計(jì)中可以加入多余的地層來隔離信號(hào)層。