「技術」一文詳解PCB分層策略及PCB多層板的設計原則

PCB從結構上可分為單面板、雙面板和多層板,不同的板子,它們的設計重點有所不同。本文,我們主要來了解下PCB分層策略以及PCB多層板的設計原則。

「技術」一文詳解PCB分層策略及PCB多層板的設計原則

PCB分層策略

從信號走線來看,好的分層策略應該是把所有的信號走線放在一層或若干層,這些層緊挨著電源層或接地層。對於電源,好的分層策略應該是電源層與接地層相鄰,且電源層與接地層的距離儘可能小,這就是我們所講的“分層”策略。

優良的PCB分層策略如下:

1. 佈線層的投影平面應該在其迴流平面層區域內。佈線層如果不在其迴流平面層地投影區域內,在佈線時將會有信號線在投影區域外,導致“邊緣輻射”問題,並且還會導致信號迴路面積地增大,導致差模輻射增大。

2. 儘量避免佈線層相鄰的設置。因為相鄰佈線層上的平行信號走線會導致信號串擾,所以如果無法避免佈線層相鄰,應該適當拉大兩佈線層之間的層間距,縮小布線層與其信號迴路之間的層間距。

3.相鄰平面層應避免其投影平面重疊。因為投影重疊時,層與層之間的耦合電容會導致各層之間的噪聲互相耦合。

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PCB多層板的設計原則

時鐘頻率超過5MHz,或信號上升時間小於5ns時,為了使信號迴路面積能夠得到很好的控制,一般需要使用多層板設計(高速PCB普遍採用多層板來進行設計)。在設計多層板時,我們應注意如下幾點原則:

1.關鍵佈線層(時鐘線、總線、接口信號線、射頻線、復位信號線、片選信號線以及各種控制信號線等所在層)應與完整地平面相鄰,優選兩地平面之間,如圖1所示。關鍵信號線一般都是強輻射或極其敏感的信號線,靠近地平面佈線能夠使其信號迴路面積減小,減小其輻射強度或提高抗干擾能力。

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圖1 關鍵佈線層在兩地平面之間

2.電源平面應相對於其相鄰地平面內縮(建議值5H~20H)。電源平面相對於其迴流地平面內縮可以有效抑制“邊緣輻射”問題,如圖2所示。

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圖2 電源平面應相對於其相鄰地平面內縮

此外,單板主工作電源平面(使用最廣泛的電源平面)應與其地平面緊鄰,以有效地減小電源電流的迴路面積,如圖3所示。

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圖3 電源平面應與其地平面緊鄰

3.單板TOP、BOTTOM層是否無≥50MHz的信號線。如有,最好將高頻信號走在兩個平面層之間,以抑制其對空間的輻射。

知識擴展:多層PCB的層數多少取決於電路板的複雜程度,一款PCB設計的層數及層疊方案取決於硬件成本、高密元器件的出線、信號質量控制、原理圖信號定義、PCB 廠家加工能力基線等因素。

PCB單層板和雙層板設計

對於單層板和雙層板的設計,主要應注意關鍵信號線和電源線的設計。電源走線附近必須有地線與其緊鄰、平行走線,以減小電源電流回路面積。

單層板的關鍵信號線兩側應該布“Guide Ground Line”,如圖4所示。雙層板的關鍵信號線地投影平面上應有大面積鋪地,或者同單層板地處理辦法,設計“Guide Ground Line”,如圖5所示。關鍵信號線兩側地“保衛地線”一方面可以減小信號迴路面積,另外,還可以防止信號線與其他信號線之間地串擾。

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圖4單層板的關鍵信號線兩側布“Guide Ground Line”

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圖5 雙層板的關鍵信號線地投影平面上大面積鋪地

(圖文內容整理自網絡)


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