PCB四层板、六层板层叠推荐设计,常见层叠方案优缺点

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笔者电子信息专业硕士毕业,获得过多次电子设计大赛、大学生智能车、数学建模国奖,现就职于南京某半导体芯片公司,从事硬件研发,电路设计研究。对于学电子的小伙伴,深知入门的不易,特开次博客交流分享经验,共同互勉!全套资料领取扫描文末二维码


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目录

PCB板材

1.四层板叠层推荐方式

2.六层板叠层推荐方式

2.1.SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG; 信号-地-信号-电源-地-信号

2.2 GND-SIG-GND-PWR-SIG -GND; 地-信号-地-电源-信号-地

3.层叠分析

3.1基本原则

3.2常见的3种4层板的层叠方案优缺点

 3.3种常见的6层板的层叠方案优缺点


PCB板材

常用的板材如下,最熟悉的的就是FR-4,其以玻璃纤维布作为增强材料,以环氧树脂作为粘合剂。

它也分low/middle/high Tg的,就是能够承受的最大玻璃化温度。

就是板材的最大额定工作温度。一般都选择High-Tg多一点(170°左右)

我们常用的FR-4的材料损耗排名最大,不过FR-4是统称,比如TU662、IT158。

PCB四层板、六层板层叠推荐设计,常见层叠方案优缺点

板材图谱

板材主要是按照Dk/Df来进行分类的,Dk是相对介电常数,Df是损耗因子。

相对介电常数越大,信号在介质中的传播速度越慢。

 因此在高速信号PCB设计中,会尽量选择介电常数和材质损耗因子小的材质,相应地,成本也会变高。

layout工程师先评估好PCB需要的层数,确定好叠层设计及线宽线距,线宽线距就是为了控制信号线的特性阻抗

PCB板厚也不是随意定义的。常见的比如1mm,1.6mm,2mm,2.4mm

由于PP,CORE厚度也不是可以无限大或者无限小,都是有一定厚度范围的

所以对于一定板厚的PCB,比如1.6mm,最多叠层的层数也就有上限限制。

一般1.6mm的板厚,PCB最多叠14层左右。

1.四层板叠层推荐方式

一般pcb四层板,如下安排:顶层和底层为信号层,中间2层分别为电源层和地层。电源层与地线层在中间可以起到隔离作用,减少干扰的作用。

对于尺寸较大的pcb四层板,元器件比较宽松的PCB板也可以用两层完成,如果两层布局困难,排不开的话,容易造成干扰的,可以使用4层解决过分拥挤的困难。

4层分布见附图:

PCB四层板、六层板层叠推荐设计,常见层叠方案优缺点

2.六层板叠层推荐方式

6层板PCB设计中某些叠层方案对电磁场的屏蔽作用不够好,对电源汇流排瞬态信号的降低作用甚微。。对于芯片密度较大、时钟频率较高的设计应考虑6层板的设计。

2.1.SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG; 信号-地-信号-电源-地-信号

对于这种方案,这种叠层方案可得到较好的信号完整性,信号层与接地层相邻,电源层和接地层配对,每个走线层的阻抗都可较好控制,且两个地层都是能良好的吸收磁力线。并且在电源、地层完整的情况下能为每个信号层都提供较好的回流路径。 

2.2 GND-SIG-GND-PWR-SIG -GND; 地-信号-地-电源-信号-地

对于这种方案,该种方案只适用于器件密度不是很高的情况,这种叠层具有上面叠层的所有优点,并且这样顶层和底层的地平面比较完整,能作为一个较好的屏蔽层来使用。需要注意的是电源层要靠近非主元件面的那一层,因为底层的平面会更完整。因此,EMI性能要比第一种方案好。 

小结:对于六层板的方案,电源层与地层之间的间距应尽量减小,以获得好的电源、地耦合。但62mil的板厚,层间距虽然得到减小,还是不容易把主电源与地层之间的间距控制得很小。对比第一种方案与第二种方案,第二种方案成本要大大增加。因此,我们叠层时通常选择第一种方案。设计时,遵循20H规则和镜像层规则设计。

3.层叠分析

3.1基本原则

怎么层叠?哪样层叠更好?一般遵循以下几点基本原则。

① 元件面、焊接面为完整的地平面(屏蔽)。

② 尽可能无相邻平行布线层。

③ 所有信号层尽可能与地平面相邻。

④ 关键信号与地层相邻,不跨分割区。

可以根据以上原则,对如图8-35和图8-36所示的常见的层叠方案进行分析,分析情况如下。

3.2常见的3种4层板的层叠方案优缺点

PCB四层板、六层板层叠推荐设计,常见层叠方案优缺点

 3.3种常见的6层板的层叠方案优缺点

PCB四层板、六层板层叠推荐设计,常见层叠方案优缺点

通过方案1到方案4的对比发现,在优先考虑信号的情况下,选择方案3和方案4会明显优于前面两种方案。但是在实际设计中,产品都是比较在乎成本的,然后又因为布线密度大,通常会选择方案1来做层叠结构,所以在布线的时候一定要注意相邻两个信号层的信号交叉布线,尽量让串扰降到最低。 

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笔者电子信息专业硕士毕业,获得过多次电子设计大赛、大学生智能车、数学建模国奖,现就职于南京某半导体芯片公司,从事硬件研发,电路设计研究。对于学电子的小伙伴,深知入门的不易,特开次博客交流分享经验,共同互勉!     文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-416602.html

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