PCB科技 - 關於PCB設計堆棧結構的選擇

在設計之前 多層PCB, 這個 PCB 設計er需要首先根據電路規模確定使用的電路板結構, circuit board size and electromagnetic compatibility (EMC) requirements, 那就是, 决定是否使用4層, 6層, 或多層電路板. 確定層數後, 確定內部電力層的放置位置以及如何在這些層上分佈不同的訊號. 這是多層PCB堆疊結構的選擇. 層壓結構是影響PCB板電磁相容效能的重要因素, 也是抑制電磁干擾的重要手段. 本節將介紹多層PCB堆疊結構的相關內容. 確定功率數後, 接地和訊號層, 它們的相對排列是每個PCB工程師都無法回避的話題.

1.、電路板層佈置的一般原則：

1. 確定多層PCB板的層壓結構, 需要考慮許多因素. 從佈線的角度來看, 層數越多, 接線越好, 但電路板製造的成本和難度也將新增. 對於製造商, 疊層結構是否對稱是需要注意的焦點 PCB板 是製造的, 囙此，層數的選擇需要考慮各方面的需要，以實現最佳平衡.

2、組件表面（第二層）的底部是接地層，為頂部佈線提供設備遮罩層和基準面； 敏感訊號層應與內部電力層（內部電源/接地層）相鄰，使用大型內部電力層銅膜為訊號層提供遮罩。 電路中的高速訊號傳輸層應為訊號中間層，並夾在兩個內部電力層之間。 這樣，兩個內電層的銅膜可以為高速訊號傳輸提供電磁遮罩，同時可以有效限制兩個內電層之間的高速訊號輻射，而不會造成外部干擾。

3、所有訊號層盡可能靠近地平面。

4、儘量避免兩個訊號層直接相鄰； 很容易在相鄰訊號層之間引入串擾，導致電路功能故障。 在兩個訊號層之間添加地平面可以有效避免串擾。

5、主電源盡可能靠近。

6、考慮層壓結構的對稱性。

2、PCB設計中常用的堆疊結構：

4層板

以下使用4層板的示例來說明如何優化各種層壓結構的排列和組合。

對於常用的4層板，有幾種堆疊方法（從上到下）：

（1）Siganl_1（頂部）、GND（內部_1）、POWER（內部_2）、Siganl_2（底部）。

（2）Siganl_1（頂部）、POWER（Internal_1）、GND（Internal_2）、Siganl_2（底部）。

（3）電源（頂部）、Siganl_1（內部_1）、GND（內部_2）、Siganl_2（底部）。

顯然，方案3缺乏電源層和地面層之間的有效耦合，囙此不應採用。

那麼，應該如何選擇選項1和選項2呢？ 在正常情况下，設計師將選擇選項1作為4層板的結構。 選擇的原因不是選項2無法採用，而是一般PCB板僅將組件放置在頂層，囙此採用選項1更合適。 然而，當組件需要放置在頂層和底層，並且內部功率層和接地層之間的電介質厚度較大且耦合較差時，有必要考慮哪一層具有較少的訊號線。 對於方案1，底層上的訊號線更少，可以使用大面積銅膜與功率層耦合； 相反，如果元件主要佈置在底層，則應使用選項2製作電路板。

6層板

在完成對4層板的堆疊結構的分析後，以下使用6層板的組合示例來說明6層板的排列和組合以及首選方法。 （1）Siganl_1（頂部）、GND（內部_1）、Siganl_2（內部_2）、Siganl_3（內部_3）、POWER（內部_4）、Siganl_4（底部）。 解決方案1使用4個訊號層和2個內部電源/接地層。 它有更多的訊號層，這有利於組件之間的佈線工作。 然而，這種解決方案的缺陷也更加明顯，表現在以下兩個方面。

1、電源層和接地層分離較遠，耦合不够。

2、訊號層Siganl_2（內部_2）和Siganl_3（內部_3）直接相鄰，囙此訊號隔離度不好，容易發生串擾。 （2）Siganl_1（頂部）、Siganl_2（內部_1）、POWER（內部_2）、GND（內部_3）、Siganl_3（內部_4）、Siganl_4（底部）。

與方案1相比，方案2中的功率層和地面層完全耦合，與方案1相比具有一定的優勢。 然而，Siganl_1（頂部）和Siganl_2（內部_1）以及Siganl_3（內部_4）和Siganl_4（底部）的訊號層直接連接。 相鄰，訊號隔離度不好，容易產生串擾的問題一直沒有得到解决。

（3）Siganl_1（頂部）、GND（內部_1）、Siganl_2（內部_2）、POWER（內部_3）、GND（內部_4）、Siganl_3（底部）。

與方案1和方案2相比，方案3具有更少的訊號層和更多的內部電層。 雖然减少了可用於佈線的層，但該方案解决了方案1和方案2的常見缺陷。

1、電源面和接地層緊密耦合。

2、每個訊號層直接與內部電層相鄰，並與其他訊號層有效隔離，不易發生串擾。

3.Siganl_2（內部_2）與兩個內部電力層GND（內部_1）和電源（內部_3）相鄰，可用於傳輸高速訊號。 兩個內部電層可以有效遮罩外界對Siganl_2（內部）層的干擾和Siganl_2（內部）對外界的干擾。

綜合來看，方案3顯然是最優化的方案。 同時，方案3也是6層板常用的層合結構。

10層板

PCB典型10層板設計

一般接線順序為頂部——GND——訊號層——功率層——GND——訊號層——功率層——訊號層——GND——底部

佈線順序本身並不一定是固定的，但有一些標準和原則來限制它：例如，頂層和底層的相鄰層使用GND來確保單板的EMC特性； 例如，每個訊號層優選地使用GND層作為基準面； 整個單板中使用的電源優先鋪設在整片銅板上； 易感的，高速的，喜歡沿著內層往下跳，等等。

3, PCB設計 層壓結構改進案例

問題

該產品有8組網絡埠和光埠。 在測試過程中，發現第八組光埠與晶片之間的訊號調試失敗，導致光端口8無法調試且無法工作，其他7組光埠通信正常。

1、確認問題

根據客戶提供的資訊，確認L6層光埠8與晶片8之間的兩條差分阻抗線無法調試；

根據客戶提供的資訊，確認光端口8和L6層晶片8之間的兩條差分阻抗線無法調試

2、客戶提供的堆放及設計要求

改善效果

通過調整PCB堆棧結構以新增L56層相鄰訊號層之間的距離，解决了由串擾引起的系統故障問題。