多层板PCB设计教程完整版
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多层PCB电路板设计方法在现代电子产品制造中,多层PCB(Printed Circuit Board)电路板已经成为主流。
多层PCB电路板具有更高的密度、更好的阻抗控制、更好的电磁兼容性和更好的可靠性等优点。
在设计多层PCB电路板时,需要考虑以下几个方面:1.电路布局:在设计多层PCB电路板时,需要根据电路功能和布线的规则进行电路布局。
将相互关联的电路放置在相邻的层上,以减少信号传输的长度和干扰。
同时,需要确保电路板上的分布电容和电感尽量小,以避免互相干扰。
2.信号层设计:多层PCB电路板通常包含多个信号层,需要合理布局和连接。
在布局信号层时,可以根据信号的频率和重要性进行分层和导向。
高频信号和重要信号可以放置在内层,以减少干扰和保护其安全性。
3.高速信号处理:对于高速信号处理电路,需要特别关注信号完整性和干扰抑制。
通过使用差分对或屏蔽技术来减少信号串扰,使用合适的线宽和间距来控制阻抗匹配,并采取合适的终端阻抗来提高信号质量和可靠性。
4.数字/模拟分离:对于含有数字和模拟信号的电路板,应该尽量使其相互分离。
数字信号通常具有更高的噪声饱和度和较高的频率,可能会干扰模拟信号。
通过物理分离和使用模拟/数字混合层,可以有效减少干扰。
5.电源和地形规划:电源和地形规划对于多层PCB电路板的设计非常关键。
在设计中,应该将电源和地形分配到整个电路板上,以确保供电的稳定性和可靠性。
同时,还需要合理规划地形,将地形引导到共享地方或独立地方,以减少地形噪音和地形干扰。
6.热管理:多层PCB电路板中的热管理也是一个重要的设计考虑因素。
应该合理规划散热器,通过增加热散热层、合理布局散热源和采用合适的散热技术来提高散热效果,确保电路板的正常工作。
7.电磁兼容性(EMC)设计:多层PCB电路板中的电磁兼容性设计非常重要。
应该避免信号层的平行走线,合理规划信号引脚的位置和方向,减少信号的回返路径和串扰。
此外,还可以使用屏蔽技术和过滤器来抑制电磁辐射和受到的电磁干扰。
PCB多层板绘制02PCB多层板设计技巧(转载于网络)PCB设计1.5 多层板设计原则汇总在本章及前面几章的介绍中,我们已经强调了一些关于PCB设计所需要遵循的原则,在这里我们将这些原则做一汇总,以供读者在设计时参考,也可以作为设计完成后检查时参考的依据。
1(PCB元器件库的要求(1)PCB板上所使用的元器件的封装必须正确,包括元器件引脚的大小尺寸、引脚的间距、引脚的编号、边框的大小和方向表示等。
(2)极性元器件(电解电容、二极管、三极管等)正负极或引脚编号应该在PCB元器件库中和PCB板上标出。
(3)PCB库中元器件的引脚编号和原理图元器件的引脚编号应当一致,例如在前面章节中介绍了二极管PCB库元器件中的引脚编号和原理图库中引脚编号不一致的问题。
(4)需要使用散热片的元器件在绘制元器件封装时应当将散热片尺寸考虑在内,可以将元器件和散热片一并绘制成为整体封装的形式。
(5)元器件的引脚和焊盘的内径要匹配,焊盘的内径要略大于元器件的引脚尺寸,以便安装。
2(PCB元件布局的要求(1)元器件布置均匀,同一功能模块的元器件应该尽量靠近布置。
(2)使用同一类型电源和地网络的元器件尽量布置在一起,有利于通过内电层完成相互之间的电气连接。
(3)接口元器件应该靠边放置,并用字符串注明接口类型,接线引出的方向通常应该离开电路板。
(4)电源变换元器件(如变压器、DC/DC变换器、三端稳压管等)应该留有足够的散热空间。
(5)元器件的引脚或参考点应放置在格点上,有利于布线和美观。
(6)滤波电容可以放置在芯片的背面,靠近芯片的电源和地引脚。
(7)元器件的第一引脚或者标识方向的标志应该在PCB上标明,不能被元器件覆盖。
(8)元器件的标号应该紧靠元器件边框,大小统一,方向整齐,不与焊盘和过孔重叠,不能放置在元器件安装后被覆盖的区域。
3(PCB布线要求(1)不同电压等级电源应该隔离,电源走线不应交叉。
(2)走线采用45?拐角或圆弧拐角,不允许有尖角形式的拐角。
如何使用Altiumdesigner设计PCB多层板此处使用的软件是Altium designer14版本,若是其他版本,有些步骤设置会略有差别,不可照搬,以所用软件为主。
启动软件。
双击桌面Altium designer14快捷方式,打开软件。
新建一个PCB文件。
File(文件),New(新建),PCB。
正常的做法是先新建design workspace或者新建PCB project,这里只新建PCB文件,说明如何设计多层板就可以了,所以不必新建工程。
Design(设计),layer stack manager (层管理),打开层管理。
在层管理中,默认有顶层底层两层,如需要设计多层板,可以通过以下方法。
1 添加内电层。
内电层是整个完整的平面,是整个的覆铜的,是负片腐蚀,即有走线的地方是腐蚀掉的。
可以做电源层,也可以做地层。
2.添加中间层。
中间层可以作为走线来用,和普通的信号层没有什么区别,只是走线在内部了。
是正片腐蚀。
电源层或地线层以及信号层的顺序以四层板为例可以为顶层,电源层,地层,底层;顶层,地层,电源层,底层。
顶层和底层主要是信号层,中间的内电层是电源和地线层。
如添加内电层。
点top layer,层管理左下角,Add layer,add internalplane ,即可添加内电层,可以对此内电层重命名,如地层,也可以删除。
在添加内电层时,层的厚度,材料等根据需要填写。
1. 6层查看。
快捷键L,可以看到信号层和内电层。
2.7层添加好后,接下来就可以画PCB板外形,边框,然后导入网络表,布局,布线了。
学习四层PCB板的设计今天是第一天尝试设计四层PCB板,以前只画过双层板,所以今天花了好多时间来熟悉多层板的设计方法,现在做一下整理,也方便其他同胞少走弯路~~~我用的软件是Altium Designer 6(AD6)步骤如下:1、随便新建一个测试工程,在工程中添加一个新的PCB文件,保存。
2、让双层板变成四层板(这应该是多数人遇到的第一个问题),选择Designe --> Layer Stack Manger会弹出板层管理窗口。
在该窗口左边选中Top Layer(否则一会添加层的时候会弹出错误No Signal or Plane Layer has been selected),选中之后点窗口右侧的Add Layer(添加信号层),或者Add Plane(添加参考平面层),之后解释这两种类型的区别。
点击之后会发现窗口中TOP layer和Bottom Layer中间出现了MidLayer1(中间层1),继续点击Add Layer会继续添加MidLayer2。
完了之后选择OK完成板层设置。
此时熟悉的双层板就会变成四层板。
3、通常软件默认设置信号层只显示top和bottom层,新添加的两个中间层没显示。
选择Design --> Board Layer & Colors弹出板层和颜色设置,左上角区域中设置要显示的层,打勾可以选中显示。
双击某层的颜色可以设定该层的颜色。
设定好后点OK完成板层显示和板层颜色设定。
这时在PCB主编辑窗口中的下面会看到新增加的两个层。
以上步骤就可以完成四层板设计时的准备工作。
下面解释一下刚才提到的Add Layer与Add Plane的区别。
Add Layer比较简单,其属性和平常所说的Top Layer、Bottom Layer属性基本一样,不一样的地方就是新添加的内层不能放置焊盘(这是常理。
哈哈。
总不能把电阻塞到PCB板子中间吧)。
Add Layer添加的层可以走信号线,可以覆铜,也是就所谓的正片。
PCB四层板设计步骤⼀、原理图设计1.1查找相关资料,创建原理图库、PCB封装库、原理图⽂件、并填写封装1.2编译报错,常⽤参数设置⼯程右键--》⼯程参数(1)位号重复报错(2)单端⽹络报错(3)独⽴节点、1.3编译检查原理图中的错误⼯程右键——》编译如没有编号,⽹络标号虚接,编号重复等错误⼆、创建PCB⽂件,更新元器件2.1查错:封装库管理器设置封装路径,改错路径,是否设置封装,封装名字是否混乱等2.2修改规则(1)⼯具————》设计规则检查————只保留第⼀项的⼏个(2)最⼩间隔改成5mil(3)标号设置选择⼀个右键—》查找相似快捷键A—》position。
选择标号位置(4)各点设置AD16参考:(5)隐藏飞线 N—》hide all(6)设置远点(7)设置板⼦⼤⼩(8)设置定位孔(9)设置圆⾓(10)表⽰板⼦⼤⼩ P+dimension2.3PCB的叠层及阻抗三、交互设计模式下布局(1)Tools –》csm(2)原理图框选(3)预布局定位器件摆放—》从⼤到⼩从主要到次要把⼤器件放⼊板⼦内部其他此件放到接近部位(4)交互式精确布局(关闭飞线),完成⼤部分芯⽚的布局四、布线4.1常⽤拓扑结构:菊花链(fly-by)拓扑结构的分析及布线规划(1)菊花链(2)Fly-by(3)T点根据所设计的电路和选型,选择正确的⾛线⽅式4.2创建class将飞线分类 CLASS及常⽤规则的创建显⽰class下的飞线修改class下的飞线的颜⾊4.3 规则设计(1)间距设置5mil(2)过孔距离新建规则(3)线宽设置(4)新建电源和地的规则(5)过孔⼤⼩4.4单孔处理 PCB的扇孔处理(1)单孔要⾸先设置过孔⼤⼩等规则,否则可能扇不出合适的扇孔。
电路板器件摆好后,要⾸先进⾏扇孔防⽌最后⾛线过多,难以扇孔。
多层厚铜箔PCB设计指导书v10
多层厚铜箔PCB设计指导书v10
贴近实际:
一、设计准备
1、定义多层厚铜箔PCB技术参数:
2、确定多层厚铜箔PCB的设计要求:
(1)对于尺寸:多层厚铜箔PCB的具体尺寸和形状可按客户的要求
设计,一般为5-20毫米厚,最大尺寸可达1000mm×1200mm,最小尺寸可
达50mm×50mm;
(2)对于线路:多层厚铜箔PCB的线路要求细节丰富,精度高、连
接稳定、层数多,线路宽度与间距要求严格,一般最小线宽不小于0.1mm,最小线间距不小于0.5mm;
(3)对于表面处理:多层厚铜箔PCB的表面处理方式一般有热镀金、热镀锡、镀锡、电镀等,其中热镀金和镀锡方式最为普遍,其要求表面要
平整、光洁、无任何气泡或污垢。
二、设计流程
1、编制PCB图纸
(1)使用Cad编写图纸:在完成客户要求的尺寸和形状设计后,根
据芯片的针脚要求定义PCB的线路,并通过Cad准备PCB的高层次布局,
同时对PCB的低层次布局进行概括规划;。
多层线路板设计-适合于初学者多层PCB层叠结构在设计多层PCB电路板之前,设计者需要首先根据电路的规模、电路板的尺寸和电磁兼容(EMC)的要求来确定所采用的电路板结构,也就是决定采用4层,6层,还是更多层数的电路板。
确定层数之后,再确定内电层的放置位置以及如何在这些层上分布不同的信号。
这就是多层PCB层叠结构的选择问题。
层叠结构是影响PCB板EMC性能的一个重要因素,也是抑制电磁干扰的一个重要手段。
本节将介绍多层PCB板层叠结构的相关内容。
11.1.1 层数的选择和叠加原则确定多层PCB板的层叠结构需要考虑较多的因素。
从布线方面来说,层数越多越利于布线,但是制板成本和难度也会随之增加。
对于生产厂家来说,层叠结构对称与否是PCB板制造时需要关注的焦点,所以层数的选择需要考虑各方面的需求,以达到最佳的平衡。
对于有经验的设计人员来说,在完成元器件的预布局后,会对PCB的布线瓶颈处进行重点分析。
结合其他EDA工具分析电路板的布线密度;再综合有特殊布线要求的信号线如差分线、敏感信号线等的数量和种类来确定信号层的层数;然后根据电源的种类、隔离和抗干扰的要求来确定内电层的数目。
这样,整个电路板的板层数目就基本确定了。
确定了电路板的层数后,接下来的工作便是合理地排列各层电路的放置顺序。
在这一步骤中,需要考虑的因素主要有以下两点。
(1)特殊信号层的分布。
(2)电源层和地层的分布。
如果电路板的层数越多,特殊信号层、地层和电源层的排列组合的种类也就越多,如何来确定哪种组合方式最优也越困难,但总的原则有以下几条。
(1)信号层应该与一个内电层相邻(内部电源/地层),利用内电层的大铜膜来为信号层提供屏蔽。
(2)内部电源层和地层之间应该紧密耦合,也就是说,内部电源层和地层之间的介质厚度应该取较小的值,以提高电源层和地层之间的电容,增大谐振频率。
内部电源层和地层之间的介质厚度可以在Protel的Layer Stack Manager(层堆栈管理器)中进行设置。
多层板PCB设计教程完整版多层板PCB(Printed Circuit Board)是一种具有多个电子层的电路板,可以在其中布置更多的线路和元件。
相对于单层板和双层板,多层板可以提供更高的布线密度和更好的电磁兼容性。
在本教程中,我们将介绍多层板PCB设计的完整流程。
第一步:定义电路板的要求在开始设计多层板PCB之前,首先需要明确电路板的要求。
这包括电路板的尺寸、层数、层间间距、最小线宽/间距等。
此外,还需要确定电路板的应用、性能要求和可靠性要求。
第二步:绘制电路原理图在绘制多层板PCB之前,首先要绘制电路原理图。
电路原理图将显示电路中的所有元件和它们之间的连接方式。
可以使用专业的电路设计软件如Altium Designer或Eagle来完成这一步骤。
第三步:布局设计布局设计是指在电路板上将元件放置在适当的位置,以满足电路板的要求和性能。
在布局设计时,应确保元件之间的连接尽可能短,避免干扰和信号损失。
此外,还需考虑散热、信号完整性和EMI(电磁干扰)等因素。
第四步:进行层规划第五步:进行布线设计布线设计是将电路中的信号线连接到正确的元件之间的步骤。
在多层板PCB中,布线设计可以在不同的层之间进行。
需要注意的是,在进行布线设计时应尽量避免交叉和交错布线。
第六步:添加标识和填充铜层在布线设计完成后,可以添加文本标识和填充铜层。
文本标识可以包括元件名称、参考设计ator和引脚编号等信息。
填充铜层可用于实现地层,以提供地平面和屏蔽。
第七步:进行设计规则检查在完成PCB设计之前,还应进行设计规则检查(DRC)。
通过DRC,可以确保PCB设计符合预定义的制造规格、线宽/间距要求和间距等。
这有助于提高PCB的可靠性和可制造性。
第八步:输出Gerber文件在完成PCB设计后,最后一步是输出Gerber文件。
Gerber是一种标准的PCB制造文件格式,它描述了电路板的每个层的布局、线路和焊盘信息。
通常,可以使用PCB设计软件生成Gerber文件,然后将其提交给PCB制造商进行生产。
PCB多层板制作流程多层板(Printed Circuit Board,简称PCB)制作是电路板制作的一种高级形式,它由至少两层电路层和一个介电层组成。
多层板具有较高的密度、较好的电磁屏蔽性能和良好的抗干扰能力。
下面将介绍多层板制作的整个流程。
第一步:设计电路图首先需要根据电子设备的功能,使用专业的电路设计软件设计电路图。
在设计过程中需要确保电路的稳定性、可靠性和性能满足要求。
设计结束后,生成电路文件。
第二步:制作内层线路板根据设计的电路文件,制作内层线路板。
首先,将导电膜覆盖在一张铜箔基材上,然后使用光刻技术制作出导电图形。
接着,使用化学腐蚀或电镀的方式去除不需要的铜箔,以得到预期的导电图形。
第三步:贴覆介质层接下来,将制作好的内层线路板上下分别贴覆上一层层压草纸和层压膜,形成介质层。
贴覆过程中需要确保介质层与电路层之间没有空隙,并且表面光滑。
第四步:钻孔和布局使用CNC数控机床根据设计文件,在多层板上钻孔,并将钻孔设置为相应的介质层和电路层的连接孔。
此外,还需要布局器件封装的位置,确保各个封装之间的距离和间距满足设计要求。
第五步:制作外层线路板制作外层线路板与内层线路板类似,不同之处在于制作外层线路板需要先制作镀膜板。
首先将一层铜箔覆盖在玻纤基板上,然后在上面覆盖一层光敏涂料。
根据设计文件,使用光刻技术制作镀膜板上的导线图形。
接着,将涂料形成的图形区域保留,其他区域以化学腐蚀或电镀方式去除铜箔。
第六步:压合将制作好的内层线路板和外层线路板叠放在一起,然后放入热压机进行压合。
在压合的过程中,需要控制压力和温度,使得各个层紧密地粘合在一起,并形成一个整体的多层板。
第七步:开口和修边使用数控机床按照设计要求进行开口,开出所需的连接孔和固定孔。
然后使用数控机床去除多层板的多余部分,使之成为需要的尺寸。
第八步:上锡在多层板上镀一层锡,以提高表面的焊接性能。
首先,在多层板上覆盖上焊接膏,然后通过炉温控制将焊膏中的锡溶化,使其覆盖在多层板表面。
多层线路板设计-适合于初学者1.多层PCB 层叠结构在设计多层PCB 电路板之前,设计者需要首先根据电路的规模、电路板的尺寸和电磁兼容(EMC)的要求来确定所采用的电路板结构,也就是决定采用4 层,6 层,还是更多层数的电路板。
确定层数之后,再确定内电层的放置位置以及如何在这些层上分布不同的信号。
这就是多层PCB 层叠结构的选择问题。
层叠结构是影响PCB 板EMC 性能的一个重要因素,也是抑制电磁干扰的一个重要手段。
本节将介绍多层PCB 板层叠结构的相关内容。
1.1 层数的选择和叠加原则确定多层PCB 板的层叠结构需要考虑较多的因素。
从布线方面来说,层数越多越利于布线,但是制板成本和难度也会随之增加。
对于生产厂家来说,层叠结构对称与否是PCB 板制造时需要关注的焦点,所以层数的选择需要考虑各方面的需求,以达到最佳的平衡。
对于有经验的设计人员来说,在完成元器件的预布局后,会对PCB 的布线瓶颈处进行重点分析。
结合其他EDA 工具分析电路板的布线密度;再综合有特殊布线要求的信号线如差分线、敏感信号线等的数量和种类来确定信号层的层数;然后根据电源的种类、隔离和抗干扰的要求来确定内电层的数目。
这样,整个电路板的板层数目就基本确定了。
确定了电路板的层数后,接下来的工作便是合理地排列各层电路的放置顺序。
在这一步骤中,需要考虑的因素主要有以下两点。
1)特殊信号层的分布。
2)电源层和地层的分布。
如果电路板的层数越多,特殊信号层、地层和电源层的排列组合的种类也就越多,如何来确定哪种组合方式最优也越困难,但总的原则有以下几条。
(1)信号层应该与一个内电层相邻(内部电源/地层),利用内电层的大铜膜来为信号层提供屏蔽。
(2)内部电源层和地层之间应该紧密耦合,也就是说,内部电源层和地层之间的介质厚度应该取较小的值,以提高电源层和地层之间的电容,增大谐振频率。
内部电源层和地层之间的介质厚度可以在Protel 的Layer Stack Manager (层堆栈管理器)中进行设置。
多层线路板设计-适合于初学者多层PCB层叠结构在设计多层PCB电路板之前,设计者需要首先根据电路的规模、电路板的尺寸和电磁兼容(EMC)的要求来确定所采用的电路板结构,也就是决定采用4层,6层,还是更多层数的电路板。
确定层数之后,再确定内电层的放置位置以及如何在这些层上分布不同的信号。
这就是多层PCB层叠结构的选择问题。
层叠结构是影响PCB板EMC性能的一个重要因素,也是抑制电磁干扰的一个重要手段。
本节将介绍多层PCB板层叠结构的相关内容。
11.1.1 层数的选择和叠加原则确定多层PCB板的层叠结构需要考虑较多的因素。
从布线方面来说,层数越多越利于布线,但是制板成本和难度也会随之增加。
对于生产厂家来说,层叠结构对称与否是PCB板制造时需要关注的焦点,所以层数的选择需要考虑各方面的需求,以达到最佳的平衡。
对于有经验的设计人员来说,在完成元器件的预布局后,会对PCB的布线瓶颈处进行重点分析。
结合其他EDA工具分析电路板的布线密度;再综合有特殊布线要求的信号线如差分线、敏感信号线等的数量和种类来确定信号层的层数;然后根据电源的种类、隔离和抗干扰的要求来确定内电层的数目。
这样,整个电路板的板层数目就基本确定了。
确定了电路板的层数后,接下来的工作便是合理地排列各层电路的放置顺序。
在这一步骤中,需要考虑的因素主要有以下两点。
(1)特殊信号层的分布。
(2)电源层和地层的分布。
如果电路板的层数越多,特殊信号层、地层和电源层的排列组合的种类也就越多,如何来确定哪种组合方式最优也越困难,但总的原则有以下几条。
(1)信号层应该与一个内电层相邻(内部电源/地层),利用内电层的大铜膜来为信号层提供屏蔽。
(2)内部电源层和地层之间应该紧密耦合,也就是说,内部电源层和地层之间的介质厚度应该取较小的值,以提高电源层和地层之间的电容,增大谐振频率。
内部电源层和地层之间的介质厚度可以在Protel的Layer Stack Manager(层堆栈管理器)中进行设置。
选择【Design】/【Layer Stack Manager…】命令,系统弹出层堆栈管理器对话框,用鼠标双击Prepreg文本,弹出如图11-1所示对话框,可在该对话框的Thickness选项中改变绝缘层的厚度。
如果电源和地线之间的电位差不大的话,可以采用较小的绝缘层厚度,例如5mil (0.127mm)。
(3)电路中的高速信号传输层应该是信号中间层,并且夹在两个内电层之间。
这样两个内电层的铜膜可以为高速信号传输提供电磁屏蔽,同时也能有效地将高速信号的辐射限制在两个内电层之间,不对外造成干扰。
(4)避免两个信号层直接相邻。
相邻的信号层之间容易引入串扰,从而导致电路功能失效。
在两信号层之间加入地平面可以有效地避免串扰。
(5)多个接地的内电层可以有效地降低接地阻抗。
例如,A信号层和B信号层采用各自单独的地平面,可以有效地降低共模干扰。
(6)兼顾层结构的对称性。
11.1.2 常用的层叠结构下面通过4层板的例子来说明如何优选各种层叠结构的排列组合方式。
对于常用的4层板来说,有以下几种层叠方式(从顶层到底层)。
(1)Siganl_1(Top),GND(Inner_1),POWER(Inner_2),Siganl_2(Bottom)。
(2)Siganl_1(Top),POWER(Inner_1),GND(Inner_2),Siganl_2(Bottom)。
(3)POWER(Top),Siganl_1(Inner_1),GND(Inner_2),Siganl_2(Bottom)。
显然,方案3电源层和地层缺乏有效的耦合,不应该被采用。
那么方案1和方案2应该如何进行选择呢?一般情况下,设计人员都会选择方案1作为4层板的结构。
选择的原因并非方案2不可被采用,而是一般的PCB板都只在顶层放置元器件,所以采用方案1较为妥当。
但是当在顶层和底层都需要放置元器件,而且内部电源层和地层之间的介质厚度较大,耦合不佳时,就需要考虑哪一层布置的信号线较少。
对于方案1而言,底层的信号线较少,可以采用大面积的铜膜来与POWER层耦合;反之,如果元器件主要布置在底层,则应该选用方案2来制板。
如果采用如图11-1所示的层叠结构,那么电源层和地线层本身就已经耦合,考虑对称性的要求,一般采用方案1。
在完成4层板的层叠结构分析后,下面通过一个6层板组合方式的例子来说明6层板层叠结构的排列组合方式和优选方法。
(1)Siganl_1(Top),GND(Inner_1),Siganl_2(Inner_2),Siganl_3(Inner_3),POWER (Inner_4),Siganl_4(Bottom)。
方案1采用了4层信号层和2层内部电源/接地层,具有较多的信号层,有利于元器件之间的布线工作,但是该方案的缺陷也较为明显,表现为以下两方面。
①电源层和地线层分隔较远,没有充分耦合。
②信号层Siganl_2(Inner_2)和Siganl_3(Inner_3)直接相邻,信号隔离性不好,容易发生串扰。
(2)Siganl_1(Top),Siganl_2(Inner_1),POWER(Inner_2),GND(Inner_3),Siganl_3(Inner_4),Siganl_4(Bottom)。
方案2相对于方案1,电源层和地线层有了充分的耦合,比方案1有一定的优势,但是Siganl_1(Top)和Siganl_2(Inner_1)以及Siganl_3(Inner_4)和Siganl_4(Bottom)信号层直接相邻,信号隔离不好,容易发生串扰的问题并没有得到解决。
(3)Siganl_1(Top),GND(Inner_1),Siganl_2(Inner_2),POWER(Inner_3),GND (Inner_4),Siganl_3(Bottom)。
相对于方案1和方案2,方案3减少了一个信号层,多了一个内电层,虽然可供布线的层面减少了,但是该方案解决了方案1和方案2共有的缺陷。
①电源层和地线层紧密耦合。
②每个信号层都与内电层直接相邻,与其他信号层均有有效的隔离,不易发生串扰。
③Siganl_2(Inner_2)和两个内电层GND(Inner_1)和POWER(Inner_3)相邻,可以用来传输高速信号。
两个内电层可以有效地屏蔽外界对Siganl_2(Inner_2)层的干扰和Siganl_2(Inner_2)对外界的干扰。
综合各个方面,方案3显然是最优化的一种,同时,方案3也是6层板常用的层叠结构。
通过对以上两个例子的分析,相信读者已经对层叠结构有了一定的认识,但是在有些时候,某一个方案并不能满足所有的要求,这就需要考虑各项设计原则的优先级问题。
遗憾的是由于电路板的板层设计和实际电路的特点密切相关,不同电路的抗干扰性能和设计侧重点各有所不同,所以事实上这些原则并没有确定的优先级可供参考。
但可以确定的是,设计原则2(内部电源层和地层之间应该紧密耦合)在设计时需要首先得到满足,另外如果电路中需要传输高速信号,那么设计原则3(电路中的高速信号传输层应该是信号中间层,并且夹在两个内电层之间)就必须得到满足。
表11-1给出了多层板层叠结构的参考方案,供读者参考。
多层PCB设计布局和布线原则11.2.1 元器件布局的一般原则设计人员在电路板布局过程中需要遵循的一般原则如下。
(1)元器件最好单面放置。
如果需要双面放置元器件,在底层(Bottom Layer)放置插针式元器件,就有可能造成电路板不易安放,也不利于焊接,所以在底层(Bottom Layer)最好只放置贴片元器件,类似常见的计算机显卡PCB板上的元器件布置方法。
单面放置时只需在电路板的一个面上做丝印层,便于降低成本。
(2)合理安排接口元器件的位置和方向。
一般来说,作为电路板和外界(电源、信号线)连接的连接器元器件,通常布置在电路板的边缘,如串口和并口。
如果放置在电路板的中央,显然不利于接线,也有可能因为其他元器件的阻碍而无法连接。
另外在放置接口时要注意接口的方向,使得连接线可以顺利地引出,远离电路板。
接口放置完毕后,应当利用接口元器件的String(字符串)清晰地标明接口的种类;对于电源类接口,应当标明电压等级,防止因接线错误导致电路板烧毁。
(3)高压元器件和低压元器件之间最好要有较宽的电气隔离带。
也就是说不要将电压等级相差很大的元器件摆放在一起,这样既有利于电气绝缘,对信号的隔离和抗干扰也有很大好处。
(4)电气连接关系密切的元器件最好放置在一起。
这就是模块化的布局思想。
(5)对于易产生噪声的元器件,例如时钟发生器和晶振等高频器件,在放置的时候应当尽量把它们放置在靠近CPU的时钟输入端。
大电流电路和开关电路也容易产生噪声,在布局的时候这些元器件或模块也应该远离逻辑控制电路和存储电路等高速信号电路,如果可能的话,尽量采用控制板结合功率板的方式,利用接口来连接,以提高电路板整体的抗干扰能力和工作可靠性。
F或者更大的电容,以进一步改善电源质量。
µF的去耦电容可以有效地滤除这些高频纹波和毛刺。
如果电路板上使用的是贴片电容,应该将贴片电容紧靠元器件的电源引脚。
对于电源转换芯片,或者电源输入端,最好是布置一个10µ(6)在电源和芯片周围尽量放置去耦电容和滤波电容。
去耦电容和滤波电容的布置是改善电路板电源质量,提高抗干扰能力的一项重要措施。
在实际应用中,印制电路板的走线、引脚连线和接线都有可能带来较大的寄生电感,导致电源波形和信号波形中出现高频纹波和毛刺,而在电源和地之间放置一个0.1(7)元器件的编号应该紧靠元器件的边框布置,大小统一,方向整齐,不与元器件、过孔和焊盘重叠。
元器件或接插件的第1引脚表示方向;正负极的标志应该在PCB上明显标出,不允许被覆盖;电源变换元器件(如DC/DC变换器,线性变换电源和开关电源)旁应该有足够的散热空间和安装空间,外围留有足够的焊接空间等。
11.2.2 元器件布线的一般原则设计人员在电路板布线过程中需要遵循的一般原则如下。
(1)元器件印制走线的间距的设置原则。
不同网络之间的间距约束是由电气绝缘、制作工艺和元件大小等因素决定的。
例如一个芯片元件的引脚间距是8mil,则该芯片的【Clearance Constraint】就不能设置为10mil,设计人员需要给该芯片单独设置一个6mil的设计规则。
同时,间距的设置还要考虑到生产厂家的生产能力。
另外,影响元器件的一个重要因素是电气绝缘,如果两个元器件或网络的电位差较大,就需要考虑电气绝缘问题。
一般环境中的间隙安全电压为200V/mm,也就是5.08V/mil。
所以当同一块电路板上既有高压电路又有低压电路时,就需要特别注意足够的安全间距。
(2)线路拐角走线形式的选择。