一文详解PCB分层策略及PCB多层板的设计原则

周二, 15 九月 2020 - 10:09

PCB从结构上可分为单面板、双面板和多层板，不同的板子，它们的设计重点有所不同。本文，我们主要来了解下PCB分层策略以及PCB多层板的设计原则。

PCB分层策略

从信号走线来看，好的分层策略应该是把所有的信号走线放在一层或若干层，这些层紧挨著电源层或接地层。对于电源，好的分层策略应该是电源层与接地层相邻，且电源层与接地层的距离尽可能小，这就是我们所讲的“分层”策略。

优良的PCB分层策略如下：

1. 布线层的投影平面应该在其回流平面层区域内。布线层如果不在其回流平面层地投影区域内，在布线时将会有信号线在投影区域外，导致“边缘辐射”问题，并且还会导致信号回路面积地增大，导致差模辐射增大。

2. 尽量避免布线层相邻的设置。因为相邻布线层上的平行信号走线会导致信号串扰，所以如果无法避免布线层相邻，应该适当拉大两布线层之间的层间距，缩小布线层与其信号回路之间的层间距。

3.相邻平面层应避免其投影平面重叠。因为投影重叠时，层与层之间的耦合电容会导致各层之间的噪声互相耦合。
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PCB多层板的设计原则

时钟频率超过5MHz，或信号上升时间小于5ns时，为了使信号回路面积能够得到很好的控制，一般需要使用多层板设计（高速PCB普遍采用多层板来进行设计）。在设计多层板时，我们应注意如下几点原则：

1．关键布线层（时钟线、总线、接口信号线、射频线、复位信号线、片选信号线以及各种控制信号线等所在层）应与完整地平面相邻，优选两地平面之间，如图1所示。关键信号线一般都是强辐射或极其敏感的信号线，靠近地平面布线能够使其信号回路面积减小，减小其辐射强度或提高抗干扰能力。

图1 关键布线层在两地平面之间

2．电源平面应相对于其相邻地平面内缩（建议值5H～20H）。电源平面相对于其回流地平面内缩可以有效抑制“边缘辐射”问题，如图2所示。

图2 电源平面应相对于其相邻地平面内缩

此外，单板主工作电源平面（使用最广泛的电源平面）应与其地平面紧邻，以有效地减小电源电流的回路面积，如图3所示。

图3 电源平面应与其地平面紧邻

3．单板TOP、BOTTOM层是否无≥50MHz的信号线。如有，最好将高频信号走在两个平面层之间，以抑制其对空间的辐射。

知识扩展：多层PCB的层数多少取决于电路板的复杂程度，一款PCB设计的层数及层叠方案取决于硬件成本、高密元器件的出线、信号质量控制、原理图信号定义、PCB 厂家加工能力基线等因素。

PCB单层板和双层板设计

对于单层板和双层板的设计，主要应注意关键信号线和电源线的设计。电源走线附近必须有地线与其紧邻、平行走线，以减小电源电流回路面积。

单层板的关键信号线两侧应该布“Guide Ground Line”，如图4所示。双层板的关键信号线地投影平面上应有大面积铺地，或者同单层板地处理办法，设计“Guide Ground Line”，如图5所示。关键信号线两侧地“保卫地线”一方面可以减小信号回路面积，另外，还可以防止信号线与其他信号线之间地串扰。

图4单层板的关键信号线两侧布“Guide Ground Line”

图5 双层板的关键信号线地投影平面上大面积铺地

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