印刷電路板如何疊層

印刷電路板的疊層用于具體說明電路板層的安排。它詳細(xì)指定了哪一層是完整的電源和地平面，基板的介電常數(shù)以及層與層的間距。當(dāng)規(guī)劃一個(gè)疊層的時(shí)候，也要計(jì)算走線尺寸和最小走線間距。

生產(chǎn)限制會(huì)嚴(yán)重地影響疊層，通常，電路的走線密度越大，每一英雨的生產(chǎn)成本就會(huì)越高。

本文將詳述規(guī)劃疊層的一些基本的經(jīng)驗(yàn)法則。

1、電源和地的規(guī)劃

首先設(shè)計(jì)電源和地層。規(guī)劃一個(gè)電源和地系統(tǒng)時(shí)，首先要確定信號(hào)的上升時(shí)間，信號(hào)的數(shù)量，以及電路板的物理尺寸。

在物理尺寸中包括推測(cè)走線的寬度。在這一階段，走線寬度的假設(shè)并不是特別嚴(yán)格。

下一步，利用完整的、平行的和指狀的地平面模型估計(jì)自感和互感。此時(shí)，通過已經(jīng)清楚了哪個(gè)模型更適合設(shè)計(jì)。注意，對(duì)于指狀的地模型，所有的走線都相互影響。此時(shí)通常已經(jīng)清楚了哪個(gè)模型更適合設(shè)計(jì)。注意，對(duì)于指狀的地模型，所有的走線相互影響。對(duì)于平行的模型，沿著同一平行柵格由放的走線相互影響。對(duì)于完整的地平面模型，只有相鄰的走線相互影響。

如果要使用一個(gè)完整的地平面，應(yīng)安排地和電源平面成對(duì)使用。在一個(gè)疊層設(shè)計(jì)中，完整平面對(duì)稱使用?？梢詭椭苊怆娐钒宓淖冃?。如果一個(gè)板子只有一個(gè)完整平面，偏一側(cè)，則將使板子明顯變形。

如同地平面一樣，電源平面可以作為信號(hào)返回電流的低電感路徑。假設(shè)在電源和地之間有足夠的旁路電容，傳輸線躍起在電源平面上的布線，與電源地平面上的布線方法相同。帶狀傳輸線的布線可以在一個(gè)電源層和一個(gè)地層之間，或在兩個(gè)電源層之間。

2、機(jī)框?qū)?/b>

有時(shí)候需要在數(shù)字系統(tǒng)之外走一個(gè)信號(hào)。對(duì)于這種應(yīng)用，可以選擇一個(gè)低速或上升時(shí)間受控的驅(qū)動(dòng)器。這是一個(gè)好的選擇，因?yàn)樗鼫p少了外部的輻射，對(duì)于滿足FCC的規(guī)定會(huì)有所幫助。

如果驅(qū)動(dòng)器的地連接到通常的數(shù)字邏輯地上，有效的驅(qū)動(dòng)輸出等于它的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電壓加上任何出現(xiàn)在數(shù)字邏輯地上的噪聲電壓，如圖5.22所示。

眾所周知，數(shù)字邏輯地的高頻噪聲電壓非常嚴(yán)重。地傳遞的波動(dòng)電壓是由許多返回信號(hào)電流通過它們的自感引起的。對(duì)于數(shù)字電路，這些高頻波動(dòng)很小，不足以產(chǎn)生問題，但是大大超過了FCC的限度。任何引出機(jī)殼的線，如果連接到數(shù)字邏輯地，在FCC測(cè)試時(shí)幾乎總是失敗的。

如果沒有其他的預(yù)防手段，上升時(shí)間受控的驅(qū)動(dòng)器會(huì)顯著地拾取地噪聲并在機(jī)箱外廣播。

解決這個(gè)問題的一種方法是在疊層中加入一個(gè)機(jī)框平面。這一平面緊貼一個(gè)接地平面，使時(shí)間受控的驅(qū)動(dòng)器附近，沿著一個(gè)連續(xù)的軸線，將機(jī)械平面通過螺絲釘焊接或熔接到外部機(jī)框，在高頻部分，我們已經(jīng)有效地把數(shù)字接地一面短接到機(jī)框。這樣，在這個(gè)點(diǎn)上就減少了數(shù)字噪聲的數(shù)量，也減少了上升時(shí)間受控的驅(qū)動(dòng)器傳到外部的噪聲。

因?yàn)槠胀娙莸囊_電感太大，所以不能用它們實(shí)現(xiàn)機(jī)框地和數(shù)字地之間的短路功能。只有在機(jī)框平面和數(shù)字地平面之間有非常大的寬而平行的表面面積，才有足夠低的電感，從而有效地把兩個(gè)平面答非所問在一起。

采用機(jī)框平面方式，在低頻部分，數(shù)字邏輯和外部的機(jī)框保持著隔離，對(duì)于安全或其他方面，這都是非常必要的，如果隔離無關(guān)緊要，簡單地直接把數(shù)字邏輯地短接到機(jī)框即可，而不必使用一個(gè)單獨(dú)的機(jī)框?qū)印?/font>

連接過程可以沿著受控的驅(qū)動(dòng)附近的連續(xù)軸線，通過螺絲釘焊接或熔接到外部機(jī)框來完成。

當(dāng)使用一個(gè)機(jī)框平面的時(shí)候，在疊層中要和其他一些完整平面均衡使用。因?yàn)闄C(jī)械原因，在疊層中總是傾向于對(duì)稱地安排平面。

3、選擇走線尺寸

把走線盡量擠在一起可以增加電路密度。非常密集的設(shè)計(jì)只需要較少的電路板層。既然印刷電路板費(fèi)用與層的數(shù)目和板子的表面面積成正比，所以我們總是希望能夠使用最少的層數(shù)來達(dá)到這個(gè)目的。

走線越細(xì)，間隔越近，產(chǎn)生的串?dāng)_就越多，所能輸送的功率也就越小，這種在串?dāng)_、走線密度和功率之間的權(quán)衡，對(duì)低成本的產(chǎn)品設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。

讓我們首先來處理功率輸送能力的問題，因?yàn)檫@個(gè)約束條件最簡單。

印刷電路走線的功率輸送能力主要取決于它的橫截面面積和容許的上升溫度。對(duì)于一個(gè)給定的橫截面面積，一條走線上高于環(huán)境的溫度的粗略地與它耗散的功率成正比。升溫在高是不可靠的，而且會(huì)使附近的數(shù)字電路變熱。在數(shù)字產(chǎn)品中，保守的走線加熱上限是10℃。

圖5.23描述了最大的功率輸送能力和溫度上升的關(guān)系。在圖5.23中，水平軸顯示的是橫截面面積，單位為IN的2次方，縱軸顯示的是該線在給定升溫值時(shí)的允許電流。

舉例來說，一個(gè)0.010IN寬的1OZ的銅走線（0.001 35IN厚），在溫度升高10℃的情況下，可以安全地通過750MA的電流。

除了大的電源分配總線，功率很少成為一個(gè)重要的約束條件，隨著薄膜技術(shù)的廣泛使用，由于其走線的橫截面面積非常小，布線的加熱限制可能變得更普遍。

走線寬度上的第二個(gè)不太重要的限制來自生產(chǎn)制造過程。表5.1列出了在各種不同的生產(chǎn)過程中可達(dá)到的最小走線寬度。

對(duì)于任何生產(chǎn)過程，當(dāng)線寬接近可達(dá)到的最小走線寬度時(shí)，生產(chǎn)量將會(huì)降低，而且費(fèi)用將會(huì)上升，這個(gè)因素將阻止大多數(shù)的設(shè)計(jì)者使用可達(dá)到的最小線寬。

其他一些因素會(huì)使走線寬度增加，腐蝕程序控制得不好，會(huì)造成線寬的變化比較大。在小線寬時(shí)，線寬變化的百分比決定著阻抗容限的百分比，有時(shí)這種變化可能是無法接受的，要想精確控制阻抗，可能需要使用比可達(dá)到的最小走線寬度字貢得多的線。

對(duì)于功率，費(fèi)用和阻抗容限的考慮通常促使選擇特定的線寬。給于給定的線寬，阻抗約束決定層高。

然后使用關(guān)于串?dāng)_的公式，參見式，算出相鄰走線間隔的最小值，這個(gè)值稱為最小走線間距。在走線之間的未用距離稱為走線間隔。走線間隔加上線寬等于走線間距。