平衡pcb的层叠设计方法

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如果布线不需要额外的层，为什么还要用它呢？难道减少层不会让电路板更薄吗？如果电路板少一层，难道成本不是更低么？但是，在一些情况下，增加一层反而会降低费用。

PCB板有两种不同的结构：核芯结构和敷箔结构。

在核芯结构中，PCB板中的所有导电层敷在核芯材料上；而在敷箔结构中，只有PCB板内部导电层才敷在核芯材料上，外导电层用敷箔介质板。所有的导电层通过介质利用多层层压工艺粘合在一起。

核材料就是工厂中的双面敷箔板。因为每个核有两个面，全面利用时，PCB板的导电层数为偶数。为什么不在一边用敷箔而其余用核结构呢？其主要原因是：PCB板的成本及PCB板的弯曲度。

偶数层PCB板的成本优势

因为少一层介质和敷箔，奇数PCB板原材料的成本略低于偶数层PCB。但是奇数层PCB板的加工成本明显高于偶数层PCB板。内层的加工成本相同；但敷箔/核结构明显的增加外层的处理成本。

奇数层PCB板需要在核结构工艺的基础上增加非标准的层叠核层粘合工艺。与核结构相比，在核结构外添加敷箔的工厂生产效率将下降。在层压粘合以前，外面的核需要附加的工艺处理，这增加了外层被划伤和蚀刻错误的风险。

平衡结构避免弯曲

不用奇数层 设计PCB板的最好的理由是：奇数层PCB板容易弯曲。当PCB板在多层电路粘合工艺后冷却时，核结构和敷箔结构冷却时不同的层压张力会引起PCB板弯曲。随着电路板厚度的增加，具有两个不同结构的复合PCB板弯曲的风险就越大。消除PCB板弯曲的关键是采用平衡的层叠。尽管一定程度弯曲的PCB板达到规范要求，但后续处理效率将降低，导致成本增加。因为装配时需要特别的设备和工艺，元器件放置准确度降低，故将损害质量。

使用偶数层PCB板

当设计中出现奇数层PCB板时，用以下几种方法可以达到平衡层叠、降低PCB板制作成本、避免PCB板弯曲。以下几种方法按优选级排列。

1、一层信号层并利用。如果设计PCB板的电源层为偶数而信号层为奇数可采用这种方法。增加的层不增加成本，但却可以缩短交货时间、改善PCB板质量。

2、增加一附加电源层。如果设计PCB板的电源层为奇数而信号层为偶数可采用这种方法。一个简单的方法是在不改变其他设置的情况下在层叠中间加一地层。先按奇数层PCB板布线，再在中间复制地层，标记剩余的层。这和加厚地层的敷箔的电气特性一样。

3、在接近PCB层叠中央添加一空白信号层。这种方法最小化层叠不平衡性，改善PCB板的质量。先按奇数层布线，再添加一层空白信号层，标记其余层。在微波电路和混合介质（介质有不同介电常数）电路中采用。

平衡层叠PCB优点：成本低、不易弯曲、缩短交货时间、保证质量。

JLCS

较多的PCB工程师,他们经常画电脑主板,对Allegro等优秀的工具非常的熟练,但是,非常可惜的是,他们居然很少知道如何进行阻抗控制,如何使用工具进行信号完整性分析.如何使用IBIS模型我觉得真正的PCB高手应该还是信号完整性专家,而不仅仅停留在连连线,过过孔的基础上对布通一块板子容易，布好一块好难。

小资料
　　对于电源、地的层数以及信号层数确定后，它们之间的相对排布位置是每一个PCB工程师都不能回避的话题；

　　单板层的排布一般原则：

　　元件面下面（第二层）为地平面，提供器件屏蔽层以及为顶层布线提供参考平面；

　　所有信号层尽可能与地平面相邻；

　　尽量避免两信号层直接相邻；

　　主电源尽可能与其对应地相邻；

　　兼顾层压结构对称。
　　对于母板的层排布，现有母板很难控制平行长距离布线，对于板级工作频率在50MHZ以上的（50MHZ以下的情况可参照，适当放宽），建议排布原则：
　　元件面、焊接面为完整的地平面（屏蔽）；

　　无相邻平行布线层；

　　所有信号层尽可能与地平面相邻；

　　关键信号与地层相邻，不跨分割区。
　　注：具体PCB的层的设置时，要对以上原则进行灵活掌握，在领会以上原则的基础上，根据实际单板的需求，如：是否需要一关键布线层、电源、地平面的分割情况等，确定层的排布，切忌生搬硬套，或抠住一点不放。

以下为单板层的排布的具体探讨：
　　*四层板，优选方案1，可用方案3

方案	电源层数	地层数	信号层数	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 此方案四层PCB的主选层设置方案，在元件面下有一地平面，关键信号优选布TOP层；至于层厚设置，有以下建议：
　　满足阻抗控制芯板（GND到POWER）不宜过厚，以降低电源、地平面的分布阻抗；保证电源平面的去藕效果；为了达到一定的屏蔽效果，有人试图把电源、地平面放在TOP、BOTTOM层，即采用方案2：
　　此方案为了达到想要的屏蔽效果，至少存在以下缺陷：
　　电源、地相距过远，电源平面阻抗较大
　　电源、地平面由于元件焊盘等影响，极不完整
　　由于参考面不完整，信号阻抗不连续
　　实际上，由于大量采用表贴器件，对于器件越来越密的情况下，本方案的电源、地几乎无法作为完整的参考平面，预期的屏蔽效果很难实现；方案2使用范围有限。但在个别单板中，方案2不失为最佳层设置方案。
　　以下为方案2使用案例；
　　案例（特例）：设计过程中，出现了以下情况：

　　　　A、整板无电源平面，只有GND、PGND各占一个平面；

　　　　B、整板走线简单，但作为接口滤波板，布线的辐射必须关注；

　　　　C、该板贴片元件较少，多数为插件。

　　分析：
　　　　　　１、由于该板无电源平面，电源平面阻抗问题也就不存在了；

　　　　　　２、由于贴片元件少（单面布局），若表层做平面层，内层走线，参考平面的完整性基本得到保证，而且第二层可铺铜保证少量顶层走线的参考平面；

　　　　　　３、作为接口滤波板，PCB布线的辐射必须关注，若内层走线，表层为GND、PGND，走线得到很好的屏蔽，传输线的辐射得到控制；
　　鉴于以上原因，在本板的层的排布时，决定采用方案2，即：GND、S1、S2、PGND，由于表层仍有少量短走线，而底层则为完整的地平面，我们在S1布线层铺铜，保证了表层走线的参考平面；五块接口滤波板中，出于以上同样的分析，设计人员决定采用方案2，同样不失为层的设置经典。
　　列举以上特例，就是要告诉大家，要领会层的排布原则，而非机械照搬。
　　方案3：此方案同方案1类似，适用于主要器件在BOTTOM布局或关键信号底层布线的情况；一般情况下，限制使用此方案；

　　*六层板：优选方案3，可用方案1，备用方案2、4对于六层板，优先考虑方案3，优选布线层S2，其次S3、S1。主电源及其对应的地布在4、5层，层厚设置时，增大S2-P之间的间距，缩小P-G2之间的间距（相应缩小G1-S2层之间的间距），以减小电源平面的阻抗，减少电源对S2的影响；
　　在成本要求较高的时候，可采用方案1，优选布线层S1、S2，其次S3、S4，与方案1相比，方案2保证了电源、地平面相邻，减少电源阻抗，但S1、S2、S3、S4全部裸露在外，只有S2才有较好的参考平面；

　　对于局部、少量信号要求较高的场合，方案4比方案3更适合，它能提供极佳的布线层S2。

　　*八层板：优选方案2、3、可用方案1
　　对于单电源的情况下，方案2比方案1减少了相邻布线层，增加了主电源与对应地相邻，保证了所有信号层与地平面相邻，代价是：牺牲一布线层；对于双电源的情况，推荐采用方案3，方案3兼顾了无相邻布线层、层压结构对称、主电源与地相邻等优点，但S4应减少关键布线；方案4：无相邻布线层、层压结构对称，但电源平面阻抗较高；应适当加大3-4、5-6，缩小2-3、6-7之间层间距；
　　方案5：与方案4相比，保证了电源、地平面相邻；但S2、S3相邻，S4以P2作参考平面；对于底层关键布线较少以及S2、S3之间的线

间窜扰能控制的情况下此方案可以考虑；

　　*十层板：推荐方案2、3、可用方案1、4
　　方案3：扩大3-4与7-8各自间距，缩小5-6间距，主电源及其对应地应置于6、7层；优选布线层S2、S3、S4，其次S1、S5；本方案适合信号布线要求相差不大的场合，兼顾了性能、成本；推荐大家使用；但需注意避免S2、S3之间平行、长距离布线；

　　方案4：EMC效果极佳，但与方案3比，牺牲一布线层；在成本要求不高、EMC指标要求较高、且必须双电源层的关键单板，建议采用此种方案；优选布线层S2、S3,对于单电源层的情况，首先考虑方案2，其次考虑方案1。方案1具有明显的成本优势，但相邻布线过多，平行长线难以控制；

　　*十二层板：推荐方案2、3，可用方案1、4、备用方案5

　　以上方案中，方案2、4具有极好的EMC性能，方案1、3具有较佳的性价比；

　　对于14层及以上层数的单板，由于其组合情况的多样性，这里不再一一列举。大家可按照以上排布原则，根据实际情况具体分析。

　　以上层排布作为一般原则，仅供参考，具体设计过程中大家可根据需要的电源层数、布线层数、特殊布线要求信号的数量、比例以及电源、地的分割情况，结合以上排布原则灵活掌握

　　6层板以后的各个方案在哪?
　　
　　6层和8层来了
　　*六层板，优选方案3，可用方案1，备用方案2、4

方案	电源	地	信号	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

　　*八层板：优选方案2、3、可用方案1

方案	电源	地	信号	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问题

　　在布板的时候还应该注意EMC的抑制哦！！这很不好把握，分布电容随时存在！！
　如何接地!
　　PCB设计原本就要考虑很多的因素,不同的环境需要考虑不同的因素.另外,我不是PCB工程师,经验并不丰富))

　　地的分割与汇接

　　接地是抑制电磁干扰、提高电子设备EMC性能的重要手段之一。正确的接地既能提高产品抑制电磁干扰的能力，又能减少产品对外的EMI发射。

　　接地的含义

　　电子设备的“地”通常有两种含义：一种是“大地”（安全地），另一种是“系统基准地”（信号地）。接地就是指在系统与某个电位基准面之间建立低阻的导电通路。“接大地”就是以地球的电位为基准，并以大地作为零电位，把电子设备的金属外壳、电路基准点与大地相连接。
　　把接地平面与大地连接，往往是出于以下考虑：
　　A、提高设备电路系统工作的稳定性；
　　B、静电泄放；
　　C、为工作人员提供安全保障。
　　接地的目的

　　A、安全考虑，即保护接地；

　　B、为信号电压提供一个稳定的零电位参考点（信号地或系统地）；

　　C、屏蔽接地。

　　基本的接地方式

　　电子设备中有三种基本的接地 方式：单点接地、多点接地、浮地。

　　单点接地
　　单点接地是整个系统中，只有一个物理点被定义为接地参考点，其他各个需要接地的点都连接到这一点上。

　　单点接地适用于频率较低的电路中（1MHZ以下）。若系统的工作频率很高，以致工作波长与系统接地引线的长度可比拟时，单点接地方式就有问题了。当地线的长度接近于1/4波长时，它就象一根终端短路的传输线，地线的电流、电压呈驻波分布，地线变成了辐射天线，而不能起到“地”的作用。

　　为了减少接地阻抗，避免辐射，地线的长度应小于1/20波长。在电源电路的处理上，一般可以考虑单点接地。对于大量采用的数字电路的PCB，由于其含有丰富的高次谐波，一般不建议采用单点接地方式。
　　多点接地

　　多点接地是指设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引线的长度最短。

　　多点接地电路结构简单，接地线上可能出现的高频驻波现象显著减少，适用于工作频率较高的（>10MHZ）场合。但多点接地可能会导致设备内部形成许多接地环路，从而降低设备对外界电磁场的抵御能力。在多点接地的情况下，要注意地环路问题，尤其是不同的模块、设备之间组网时。地线回路导致的电磁干扰：

　　理想地线应是一个零电位、零阻抗的物理实体。但实际的地线本身既有电阻分量又有电抗分量，当有电流通过该地线时，就要产生电压降。地线会与其他连线（信号、电源线等）构成回路，当时变电磁场耦合到该回路时，就在地回路中产生感应电动势，并由地回路耦合到负载，构成潜在的EMI威胁。

　　浮地

　　浮地是指设备地线系统在电气上与大地绝缘的一种接地方式。

　　由于浮地自身的一些弱点，不太适合一般的大系统中，其接地方式很少采用
　　关于接地方式的一般选取原则：

　　对于给定的设备或系统，在所关心的最高频率（对应波长为）λ上，当传输线的长度L〉λ，则视为高频电路，反之，则视为低频电路。根据经验法则，对于低于1MHZ的电路，采用单点接地较好；对于高于10MHZ，则采用多点接地为佳。对于介于两者之间的频率而言，只要最长传输线的长度L小于/20λ，则可采用单点接地以避免公共阻抗耦合。

　　对于接地的一般选取原则如下：

　　　　（1）低频电路（<1MHz），建议采用单点接地；

　　　　（2）高频电路（>10MHz），建议采用多点接地；

　　　　（3）高低频混合电路，混合接地。