PCB叠层结构知识多层板设计技巧

发布 2019-08-11 17:22:57 阅读 6920

较多的pcb工程师,他们经常画电脑主板,对allegro等优秀的工具非常的熟练,但是,非常可惜的是,他们居然很少知道如何进行阻抗控制,如何使用工具进行信号完整性分析。如何使用ibis模型。我觉得真正的pcb高手应该还是信号完整性专家,而不仅仅停留在连连线,过过孔的基础上。

对布通一块板子容易,布好一块好难。

小资料。对于电源、地的层数以及信号层数确定后,它们之间的相对排布位置是每一个pcb工。

程师都不能回避的话题;层的排布一般原则:

元件面下面(第二层)为地平面,提供器件屏蔽层以及为顶层布线提供参考平面;

所有信号层尽可能与地平面相邻;尽量避免两信号层直接相邻;主电源尽可能与其对应地相邻;

兼顾层压结构对称。

对于母板的层排布,现有母板很难控制平行长距离布线,对于板级工作频率在50mhz

以上的(50mhz以下的情况可参照,适当放宽),建议排布原则:

元件面、焊接面为完整的地平面(屏蔽);

无相邻平行布线层;所有信号层尽可能与地平面相邻;关键信号与地层相邻,不跨分割区。

注:具体pcb的层的设置时,要对以上原则进行灵活掌握,在领会以上原则的基础上,根据实际单板的需求,如:是否需要一关键布线层、电源、地平面的分割情况等,确定层。

的排布,切忌生搬硬套,或抠住一点不放。

以下为单板层的排布的具体**:*四层板,优选方案1,可用方案3

在元件面下有一地平面,关键信号优选布top

层;至于层厚设置,有以下建议:

满足阻抗控制芯板(gnd到power)不宜过厚,以降低电源、地平面的分布阻抗;保证电源平面的去藕效果;为了达到一定的屏蔽效果,有人试图把电源、地平面放在top、bottom

层,即采用方案2:

此方案为了达到想要的屏蔽效果,至少存在以下缺陷:

电源、地相距过远,电源平面阻抗较大电源、地平面由于元件焊盘等影响,极不完整。

由于参考面不完整,信号阻抗不连续。

实际上,由于大量采用表贴器件,对于器件越来越密的情况下,本方案的电源、地几乎无法作为完整的参考平面,预期的屏蔽效果很难实现;方案2使用范围有限。但在个别。

单板中,方案2不失为最佳层设置方案。

以下为方案2使用案例;

案例(特例):设计过程中,出现了以下情况:a、整板无电源平面,只有gnd、pgnd各占一个平面;b、整板走线简单,但作为接口滤波板,布线的辐射必须关注;

c、该板贴片元件较少,多数为插件。

分析:、由于该板无电源平面,电源平面阻抗问题也就不存在了;

、由于贴片元件少(单面布局),若表层做平面层,内层走线,参考平面的完整。

性基本得到保证,而且第二层可铺铜保证少量顶层走线的参考平面;

、作为接口滤波板,pcb布线的辐射必须关注,若内层走线,表层为gnd、pgnd,走线得到很好的屏蔽,传输线的辐射得到控制;

鉴于以上原因,在本板的层的排布时,决定采用方案2,即:gnd、s1、s2、pgnd,由于表层仍有少量短走线,而底层则为完整的地平面,我们在s1布线层铺铜,保证了表层走线的参考平面;五块接口滤波板中,出于以上同样的分析,设计人员决定采用方案2,同样。

不失为层的设置经典。

列举以上特例,就是要告诉大家,要领会层的排布原则,而非机械照搬。方案3:此方案同方案1类似,适用于主要器件在bottom布局或关键信号底层布线的。

情况;一般情况下,限制使用此方案;*六层板,优选方案3,可用方案1,备用方案

方案电源地信。

号123456#1114s1gs2s3

ps4#2114s1s2gp

s3s4#3123s1g1s2g2

ps3#4123s1g1s2g2

ps3对于六层板,优先考虑方案3,优选布线层s2(stripline),其次s3、s1。主电源及其对。

应的地布在层,层厚设置时,增大s2-p之间的间距,缩小p-g2之间的间距(相应缩。

小g1-s2层之间的间距),以减小电源平面的阻抗,减少电源对s2的影响;在成本要求较高的时候,可采用方案1,优选布线层s1、s2,其次s3、s4,与方案1相比,方案2保证了电源、地平面相邻,减少电源阻抗,但s1、s2、s3、s4全部裸露在外,只有s2才有较好的参考平面;

对于局部少量信号要求较高的场合,方案4比方案3更适合,它能提供极佳的布线层s2。

八层板:优选方案、可用方案1

方案电源地信。

号1234567

#1125s1g1s2s3

ps4g2s5

#2134s1g1s2g2

ps3g3s4

#3224s1g1s2p1g2

s3p2s4

#4224s1g1s2p1p2

s3g3s4

#5224s1g1p1s2s3

g2p2s4对于单电源的情况下:

方案2比方案1减少了相邻布线层,增加了主电源与对应地相邻,保证了所有信号层与地。

平面相邻,代价是:牺牲一布线层;

对于双电源的情况:

推荐采用方案3,方案3兼顾了无相邻布线层、层压结构对称、主电源与地相邻等优点,但。

s4应减少关键布线;

方案4:无相邻布线层、层压结构对称,但电源平面阻抗较高;应适当加大-6,缩。

小-7之间层间距;

方案5:与方案4相比,保证了电源、地平面相邻;但s2、s3相邻,s4以p2作参考平面;对于底层关键布线较少以及s2、s3之间的线间窜扰能控制的情况下此方案可以考虑;

十层板:推荐方案、可用方案

方案3:扩大3-4与7-8各自间距,缩小5-6间距,主电源及其对应地应置于层;优选布线层s2、s3、s4,其次s1、s5;本方案适合信号布线要求相差不大的场合,兼顾了性。

能、成本;推荐大家使用;但需注意避免s2、s3之间平行、长距离布线;

方案4:emc效果极佳,但与方案3比,牺牲一布线层;在成本要求不高、emc指标要求较高、且必须双电源层的关键单板,建议采用此种方案;优选布线层s2、s3,对于单电源层的。

情况,首先考虑方案2,其次考虑方案1。方案1具有明显的成本优势,但相邻布线过多,平行长线难以控制;

十二层板:推荐方案,可用方案、备用方案5方案具有极好的emc性能,方案具有较佳的性价比;

以上层排布作为一般原则,仅供参考,具体设计过程中大家可根据需要的电源层数、布线层数、特殊布线要求信号的数量、比例以及电源、地的分割情况,结合以上排布原则灵活。

掌握。emc问题。

在布板的时候还应该注意emc的抑制!这很不好把握,分布电容随时存在!

如何接地:pcb设计原本就要考虑很多的因素,不同的环境需要考虑不同的因素。

地的分割与汇接。

接地是抑制电磁干扰、提高电子设备emc性能的重要手段之一。正确的接地既能。

提高产品抑制电磁干扰的能力,又能减少产品对外的emi发射。

接地的含义。

电子设备的“地”通常有两种含义:一种是“大地”(安全地),另一种是“系统基准地”(信号地)。接地就是指在系统与某个电位基准面之间建立低阻的导电通路。

“接大地”就是以地球的电位为基准,并以大地作为零电位,把电子设备的金属外壳、电路基。

准点与大地相连接。

把接地平面与大地连接,往往是出于以下考虑:

a、提高设备电路系统工作的稳定性;

b、静电泄放;

c、为工作人员提供安全保障。

接地的目的。

a、安全考虑,即保护接地;

b、为信号电压提供一个稳定的零电位参考点(信号地或系统地);

c、屏蔽接地。基本的接地方式。

电子设备中有三种基本的接地方式:单点接地、多点接地、浮地。

单点接地:单点接地是整个系统中,只有一个物理点被定义为接地参考点,其他各个需要接地的点都连接到这一点上。适用于频率较低的电路中(1mhz以下)。

若系统的工作频率很高,以致工作波长与系统接地引线的长度可比拟时,单点接地方式就有问题了。当地线的长度接近于1/4波长时,它就象一根终端短路的传输线,地线的电流、电压呈驻波分布,地线。

变成了辐射天线,而不能起到“地”的作用。

为了减少接地阻抗,避免辐射,地线的长度应小于1/20波长。在电源电路的处理上,一般可以考虑单点接地。对于大量采用的数字电路的pcb,由于其含有丰富的高次谐波,一。

般不建议采用单点接地方式。

多点接地:多点接地是指设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上,以使接地引线的。

长度最短。多点接地电路结构简单,接地线上可能出现的高频驻波现象显著减少,适用于工作频率较高的(>10mhz)场合。但多点接地可能会导致设备内部形成许多接地环路,从而降低设备对外界电磁场的抵御能力。

在多点接地的情况下,要注意地环路问题,尤其是不同的。

模块、设备之间组网时。地线回路导致的电磁干扰:

理想地线应是一个零电位、零阻抗的物理实体。但实际的地线本身既有电阻分量又有电抗分量,当有电流通过该地线时,就要产生电压降。地线会与其他连线(信号、电源线等)构成回路,当时变电磁场耦合到该回路时,就在地回路中产生感应电动势,并由地回路耦。

合到负载,构成潜在的emi威胁。

浮地。浮地是指设备地线系统在电气上与大地绝缘的一种接地方式。由于浮地自身的一些弱点,不太适合一般的大系统中,其接地方式很少采用。

关于接地方式的一般选取原则:

对于给定的设备或系统,在所关心的最高频率(对应波长为)入上,当传输线的长度l〉入,则视为高频电路,反之,则视为低频电路。根据经验法则,对于低于1mhz的电路,采用单点接地较好;对于高于10mhz,则采用多点接地为佳。对于介于两者之间的频率而言,只要最长传输线的长度l小于/20入,则可采用单点接地以避免公共阻抗耦合。

对于接地的一般选取原则如下:

1)低频电路(<1mhz),建议采用单点接地;(2)高频电路(>10mhz),建议采用多点接地;

3)高低频混合电路,混合接地。

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