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电路设计
PCB分层及堆叠
2019-07-14 12:05
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电路设计
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0
1004
1
.
概述
多层印制板为了有更好的电磁兼容性设计。使得印制板在正常工作时能满足电磁兼容和敏感度标准。正确的堆叠有助于屏蔽和抑制
EMI
。
2
.
多层印制板设计基础。
多层印制板的电磁兼容分析可以基于克希霍夫定律和法拉第电磁感应定律。
根据克希霍夫定律,任何时域信号由源到负载的传输都必须有一个最低阻抗的路径。见图一。图中
I=I′,
大小相等,方向相反。图中
I
我们称为信号电流,
I′
称为映象电流,而
I′
所在的层我们称为映象平面层。如果信号电流下方是电源层(
POWER
),此时的映象电流回路是通过电容耦合所达到的。见图二。
。
图三
图一
根据以上两个定律,我们得出在多层印制板分层及堆叠中应遵徇以下基本原则;
①
电源平面应尽量靠近接地平面,并应在接地平面之下。
②
布线层应安排与映象平面层相邻。
③
电源与地层阻抗最低。其中电源阻抗
Z0=
其中
D
为电源平面同地平面之间的间距。
W
为平面之间的面积。
④
在中间层形成带状线,表面形成微带线。两者特性不同。
⑤
重要信号线应紧临地层。
3
.
PCB
板的堆叠与分层
①
二层板,此板仅能用于低速设计。
EMC
比较差。
②
四层板。由以下几种叠层顺序。下面分别把各种不同的叠层优劣作说明。
表一
第一层
第二层
第三层
第四层
A
GND
S1+POWER
S2+POWER
GND
B
SIG1
GND
POWER
SIG2
C
GND
S1
S2
POWER
注:
S1
信号布线一层,
S2
信号布线二层;
GND
地层
POWER
电源层
第一种情况,应当是四层板中最好的一种情况。因为外层是地层,对
EMI
有屏蔽作用,同时电源层同地层也可靠得很近,使得电源内阻较小,取得最佳郊果。但第一种情况不能用于当本板密度比较大的情况。因为这样一来,就不能保证第一层地的完整性,这样第二层信号会变得更差。另外,此种结构也不能用于全板功耗比较大的情况。
表中的第二种情况,是我们平时最常用的一种方式。从板的结构上,也不适用于高速数字电路设计。因为在这种结构中,不易保持低电源阻抗。以一个板
2
毫米
为例:要求
Z0=50ohm.
以线宽为
8mil.
铜箔厚为
35цm
。这样信号一层与地层中间是
0.14mm
。而地层与电源层为
1.58mm
。这样就大大的增加了电源的内阻。在此种结构中
,
由于辐射是向空间的,需加屏蔽板,才能减少
EMI
。
表中第三种情况,
S1
层上信号线质量最好。
S2
次之。对
EMI
有屏蔽作用。但电源阻抗较大。此板能用于全板功耗大而该板是干扰源或者说紧临着干扰源的情况下。
③
六层板
表二
第一层
第二层
第三层
第四层
第五层
第六层
A
S1
GND
S2
S3
POWER
S4
B
S1
S2
GND
POWER
S3
S4
C
S1
GND
S2
POWER
GND
S3
D
GND
S1
POWER
GND
S2
GND
A
种情况,是常见的方式之一,
S1
是比较好的布线层。
S2
次之。但电源平面阻抗较差。布线时应注意
S2
对
S3
层的影响。
B
种情况,
S2
层为好的布线层,
S3
层次之。电源平面阻抗较好。
C
种情况,这种情况是六层板中最好的情况,
S1
,
S2
,
S3
都是好的布线层。电源平面阻抗较好。美中不足的是布线层同前两种情况少了一层。
D
种情况,在六层板中,性能虽优于前三种,但布线层少于前两种。此种情况多在背板中使用。
④
八层板
表三
第一层
第二层
第三层
第四层
第五层
第六层
第七层
第八层
A
S1
S2
GND
S3
S4
POWER
S5
S6
B
S1
S2
S3
GND
POWER
S4
S5
S6
C
S1
GND
S2
S3
S4
S5
POWER
S6
D
S1
GND
S2
S3
GND
POWER
S4
S5
E
S1
GND
S2
S3
GND
POWER
S4
S5
F
S1
GND
S2
GND
POWER
S3
GND
S4
八层板,如果要有
6
个信号层,以
A
种情况为最好。但此种排列不宜用于高速数字电路设计。如果是
5
个信号层,以
C
种情况为最好。在这种情况中,
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,
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