原創(chuàng)|詳解PCB層疊設(shè)計(jì)基本原則，非專業(yè)人士也能看懂

kdpcb2017 · 發(fā)表于 2017-3-20 14:32:43

PCB設(shè)計(jì)工程師在完成預(yù)布局后，重點(diǎn)需要對板子布線瓶頸處進(jìn)行分析，再結(jié)合pcb設(shè)計(jì)軟件關(guān)于布線要求來確定布線層數(shù)，綜合單板的性能指標(biāo)要求與成本承受能力，確定單板的電源、地的層數(shù)以及它們與信號層的相對排布位置。

✪ 正文 ✪

本節(jié)主要介紹PCB層疊設(shè)計(jì)方法：PCB設(shè)計(jì)軟件CrossSection界面、PCB層疊設(shè)計(jì)的基本原則。

一、Cross Section 界面介紹

allegro提供了一個(gè)集成、方便、強(qiáng)大的層疊設(shè)計(jì)與阻抗計(jì)算控制的工具，叫做Cross Section。如下圖所示，可以非常直觀地進(jìn)行材料選擇，參數(shù)確定，然后得到最終阻抗結(jié)果。

其中各選項(xiàng)的含義：
1.Type：選擇各層的類型：電導(dǎo)、介質(zhì)、平面
2. Material：材料，常用為 FR-4
3. Thickness：每一層的厚度
4. Conductivity：電導(dǎo)率
5. Dielectric Constant：介電常數(shù)
6. Loss Tangent：損耗角
7. Negative Artwork
8. Shield：參考平面
二、層疊設(shè)計(jì)的基本原則

考慮到信號質(zhì)量控制因素，PCB層疊設(shè)置的一般原則如下：

1、元件面相鄰的第二層為地平面，提供器件屏蔽層以及頂層布線提供參考平面。
2、所有信號層盡可能與地平面相鄰，以保證完整的回流通道。
3、盡量避免兩層信號層直接相鄰，以減少串?dāng)_。
4、主電源盡可能與其對應(yīng)地相鄰，構(gòu)成平面電容，降低電源平面阻抗。
5、兼顧層壓結(jié)構(gòu)對稱，利于制版生產(chǎn)時(shí)的翹曲控制。

以上為層疊設(shè)計(jì)的常規(guī)原則，在實(shí)際開展層疊設(shè)計(jì)時(shí)，電路板設(shè)計(jì)師可以通過增加相鄰布線層的間距，縮小對應(yīng)布線層到參考平面的間距，進(jìn)而控制層間布線串?dāng)_率的前提下，可以使用兩信號層直接相鄰。對于比較注重成本的消費(fèi)類產(chǎn)品，可以弱化電源與地平面相鄰降低平面阻抗的方式，從而盡可能減少布線層，降低PCB成本。當(dāng)然，這樣做的代價(jià)是存在信號質(zhì)量設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)的。

對于背板（Backplane或midplane）的層疊設(shè)計(jì)，鑒于常見背板很難做到相鄰走線互相垂直不可避免地出現(xiàn)平行長距離布線。對于高速背板，一般層疊原則如下：

1、Top面、Bottom面為完整的地平面，構(gòu)成屏蔽腔體。
2、無相鄰層平行布線，以減少串?dāng)_，或者相鄰布線層間距遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于參考平面間距。
3、所有信號層盡可能與地平面相鄰，以保證完整的回流通道。

需要說明的是，在具體的PCB層疊設(shè)置時(shí)，要對以上原則靈活進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)運(yùn)用，根據(jù)實(shí)際單板的需求進(jìn)行合理的分析。