pcb工程师需要注意层叠设计

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时间:2018-04-13

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1、PCB工程师需要注意层叠设计较多的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

2、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:

3、*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12341112SGPS2122GSSP3112SPGS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

4、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

5、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

6、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:

7、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

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