PCB科技 - 多電源層設計

Multi-權力 layer design
4-layer board
There are several potential problems with 這個 4層板設計. 首先, 厚度為62密耳的傳統四層板, 即使訊號層位於外層, 電源層和接地層位於內層, 電源層和地面層之間的距離仍然太大. 以下是傳統4層板的兩種替代方案. 這兩種解決方案都可以提高EMI抑制效能, but they are only suitable for applications where the component density on the board is low enough and there is enough area around the components (place the required 權力 supply copper layer).
第一種是首選解決方案. 的外層 印刷電路板 是否所有地面層, 中間兩層是訊號層/電源層. 訊號層上的電源採用寬線佈線, 可以使電源電流的路徑阻抗降低, 訊號微帶路徑的阻抗也很低. 從EMI控制的角度, this is the best 4層印刷電路板 結構可用. 在第二個方案中, 外層使用電源和接地, 中間兩層使用訊號. 與傳統的4層板相比, 改進較小, 層間阻抗與傳統的4層板一樣差.

如果要控制跡線阻抗，上述堆疊方案必須非常小心，以便在電源和接地銅島下安排跡線。 此外，電源或接地層上的銅島應盡可能互連，以確保直流和低頻連接。

6-layer board
If the density of components on a 4-layer board is relatively high, 最好是6層板. 然而, 6層板設計中的一些堆疊方案不足以遮罩電磁場, 對降低電源母線瞬態訊號的影響很小. 下麵討論兩個示例.
在第一個示例中, 電源和接地分別位於第二層和第五層. 由於電源的高銅阻抗, 控制共模EMI輻射非常不利. 然而, 從訊號阻抗控制的角度, 這個方法非常正確.
在第二個示例中, 電源和接地分別位於第3層和第4層. 本設計解决了電源銅阻抗問題. 由於第1層和第6層的電磁遮罩效能較差, 差模EMI新增. 如果兩個外層上的訊號線數量最少, and the trace length is very short (shorter than 1/20 of the wavelength of the highest harmonic of the 訊號), 這種設計可以解决差模EMI問題. Fill the area with no components and no traces on the outer layer with copper and 地 the copper-clad area (every 1/20波長 as an interval), 特別適合抑制差模EMI. 如前所述, 有必要在多個點將銅區域與內部接地板連接.
一般的高性能6層板設計通常將第一層和第六層作為底層, 第3層和第四層用於電源和接地. 因為在電源層和接地層之間的中間有兩個雙微帶訊號線層, EMI抑制能力極佳. 這種設計的缺點是只有兩個佈線層. 如前所述, 如果外部痕迹較短，且銅鋪設在無痕迹區域, 使用傳統的6層板也可以實現相同的堆疊.
另一種6層板佈局為訊號, 地, 訊號, power, 地, 訊號, 可以實現高級信號完整性設計所需的環境. 訊號層與地面層相鄰, 電源層和接地層成對. 明顯地, 缺點是層的堆疊不平衡.
這通常會給製造業帶來麻煩. 解决這個問題的辦法是用銅填充第3層的所有空白區域. 銅填充後, 如果第3層的銅密度接近電源層或接地層, 該委員會不能嚴格算作結構平衡 電路板. 銅填充區域必須連接到電源或接地. 連接過孔之間的距離仍然為1/20 wavelength, 而且可能沒有必要到處聯系, 但它應該在理想情况下連接起來.

10-layer board
Since the insulating isolation layer between the multilayer boards is very thin, 的10或12層之間的阻抗 電路板非常低. 只要分層和堆疊沒有問題, 可以預期良好的信號完整性. 製造厚度為62mil的12層板更加困難, 能加工12層板的製造商也不多.
因為在訊號層和環路層之間總是有一個絕緣層, 在10層電路板設計中，分配中間6層來佈線訊號線的解決方案不是最好的. 此外, 重要的是使訊號層與環路層相鄰, 那就是, 電路板的佈局是訊號, 地, 訊號, 訊號, power, 地, 訊號, signal, ground, 和訊號.
該設計為訊號電流及其回路電流提供了良好的通路. 正確的佈線策略是在第一層上沿X方向佈線, 第3層上的Y方向, 第四層的X方向, 等等. 直觀地查看路由, 第一層1和第3層是一對分層組合, 第4層和第7層是一對分層組合, 第8層和第10層是最後一對分層組合. 需要更改佈線方向時, 第一層上的訊號線應使用“通孔”到達第3層，然後改變方向. 事實上, 可能並不總是能够做到這一點, 但作為一種設計理念, 必須盡可能遵守.
類似地, 訊號路由方向改變時, 應通過過孔從第8層和第10層或從第4層到第7層. 該佈線確保訊號正向路徑和環路之間的最緊密耦合. 例如, 如果訊號在第一層佈線，環路在第二層佈線，並且僅在第二層佈線, 然後，第一層上的訊號通過“via”傳輸到第3層. 迴圈仍在第二層, 以保持低電感的特性, 電容大，電磁遮罩效能好.
如果實際接線不是這樣的呢? 例如, 第一層上的訊號線穿過通孔到達第十層. 此時, 環路訊號必須從第9層找到地平面, and the loop current must find the nearest ground via (such as the ground pin of a resistor or capacitor) . 如果附近有這樣的通道, 你真幸運. 如果沒有此類閉合通孔可用, 電感將變大, 電容將减小, EMI肯定會新增.
當訊號線必須通過通孔離開當前一對佈線層至其他佈線層時, 接地過孔應放置在過孔附近，以便回路訊號能够順利返回到適當的接地層. 用於第4層和第7層的分層組合, the signal loop will return from the power layer or the ground layer (that is, the 5th or 6th layer), 因為電源層和接地層之間的電容耦合良好, 訊號易於傳輸.

如果同一電壓源的兩個電源層需要輸出大電流，則採用多電源層設計, the 電路板 應佈置成兩組電源層和接地層. 在這種情況下, 在每對電源層和接地層之間放置絕緣層. 以這種管道, 我們得到了兩對阻抗相等的電源母線，它們將我們期望的電流除以. 如果功率層的堆疊導致阻抗不相等, 分流不均勻, 瞬態電壓將大得多, EMI將急劇增加.
如果電路板上有多個不同值的電源電壓, 囙此需要多個電源層. 記住為不同的電源創建自己的成對電源和接地層. 在上述兩種情况下, 確定電路板上成對電源層和接地層的位置時, 記住製造商對平衡結構的要求.