高速PCB多層板疊層設(shè)計(jì)原則

多層PCB通常用于高速、高性能的系統(tǒng)，其中一些層用于電源或地參考平面，這些平面通常是沒有分割的實(shí)體平面。無論這些層做什么用途，電壓為多少，它們將作為與之相鄰的信號走線的電流返回路徑。構(gòu)造一個(gè)好的低阻抗的電流返回路徑最重要的就是合理規(guī)劃這些參考平面的設(shè)計(jì)。圖1所示為一種典型多層PCB疊層配置。

信號層大部分位于這些金屬實(shí)體參考平面層之間，構(gòu)成對稱帶狀線或是非對稱帶狀線。此外，板子的上、下兩個(gè)表面（頂層和底層），主要用于放置元件的焊盤，其上也有一些信號走線，但不能太長，以減少來自走線的直接輻射。

圖1 一種典型多層PCB疊層配置

通常用P表示參考平面層；S表示信號層；T表示頂層；B表示底層。下面以一個(gè)12層的PCB來說明多層PCB的結(jié)構(gòu)和布局，如圖6－14所示，其層的用途分配為“T—P—S—P—s—P—S—P—S—s—P—B”。下面是一些關(guān)于多層PCB疊層設(shè)計(jì)的原則。

· 為參考平面設(shè)定直流電壓：解決電源完整性的一個(gè)重要措施是使用去耦電容，而去耦電容只能放置在PCB的頂層和底層，去耦電容的效果會嚴(yán)重受到與其相連的走線、焊盤，以及過孔的影響，這就要求連接去耦電容的走線盡量短而寬，過孔盡量短。如圖所示，將第2層設(shè)置成分配給高速數(shù)字器件（如處理器）的電源；將第4層設(shè)置成高速數(shù)字地；而將去耦電源放置在PCB的頂層；這是一種比較合理的設(shè)計(jì)。此外，要盡量保證由同一個(gè)高速器件所驅(qū)動的信號走線以同樣的電源層作為參考平面，而且此電源層為高速器件的電源。

· 確定多電源參考平面：多電源層將被分割成幾個(gè)電壓不同的實(shí)體區(qū)域，如圖所示中將第11層分配為多電源層，那么其附近的第10層和底層上的信號電流將會遭遇不理想的返回路徑，使返回路徑上出現(xiàn)縫隙。對于高速信號，這種不合理的返回路徑設(shè)計(jì)可能會帶來嚴(yán)重的問題。所以，高速信號布線應(yīng)該遠(yuǎn)離多電源參考平面。

· 多個(gè)地敷銅層可以有效地減小PCB的阻抗，減小共模EMI。

· 信號層應(yīng)該和鄰近的參考平面緊密耦合（即信號層和鄰近敷銅層之間的介質(zhì)厚度要很小）；電源敷銅和地敷銅應(yīng)該緊密耦合。

· 合理設(shè)計(jì)布線組合：為了完成復(fù)雜的布線，走線的層間轉(zhuǎn)換是不可避免的，而把同一個(gè)信號路徑所跨越的兩個(gè)層稱為一個(gè)“布線組合”。信號層間轉(zhuǎn)換時(shí)要保證返回電流可以順利地從－個(gè)參考平面流到另一個(gè)參考平面。事實(shí)上，最妤的布線組合設(shè)計(jì)是避免返回電流從一個(gè)參考平面流到另一個(gè)參考平面，而是簡單地從參考平面的一個(gè)表面流到另一個(gè)表面。如圖所示中，第3層和第5層、第5層和第7層，以及第7層和第9層都可以作為一個(gè)布線組合。但是把第3層和第9層作為一個(gè)布線組合就不是合理的設(shè)計(jì)，它需要返回電流從第4層耦合到第6層，再從第6層耦合到第8層，這條路徑對于返回電流并不通暢。盡管可以通過在過孔附近放置去耦電容或者減小參考平面間的介質(zhì)厚度來減小地彈，但并非上策，在實(shí)際系統(tǒng)中可能還無法實(shí)現(xiàn)。

· 設(shè)定布線方向：在同一信號層上，保證大多數(shù)布線的方向是一致的，同時(shí)與相鄰信號層的布線方向正交。如圖所示中，可將第3層和第7層的布線方向設(shè)為“南北”走向，而將第5層和第9層的布線方向設(shè)為“東西”走向。

針對不同的系統(tǒng)，其疊層設(shè)計(jì)的配置有所不同，下面列出一些常用的配置，如表所示。

表 常用多層PCB疊層設(shè)計(jì)配置

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