PCB層疊結(jié)構(gòu)設計對產(chǎn)品成本、產(chǎn)品EMC的好壞都有直接的影響。板層的增加，方便了布線，但也增加了成本。設計的時候需要考慮各方面的需求，以達到最佳的平衡。

圖1

在完成元器件的預布局后，一般需要對PCB的布線瓶頸處進行重點分析。

結(jié)合其他EDA工具分析電路板的布線密度；再綜合有特殊布線要求的信號線如差分線、敏感信號線等的數(shù)量和種類來確定信號層的層數(shù)；然后根據(jù)電源的種類、隔離和抗干擾的要求來確定內(nèi)電層的數(shù)目。

層疊選擇因素考慮

電路板的層數(shù)越多，特殊信號層、地層和電源層的排列組合的種類也就越多。

• 信號層應該與一個內(nèi)電層相鄰（內(nèi)部電源/地層），利用內(nèi)電層的大銅膜來為信號層提供屏蔽。
• 內(nèi)部電源層和地層之間應該緊密耦合，也就是說，內(nèi)部電源層和地層之間的介質(zhì)厚度應該取較小的值。
• 電路中的高速信號傳輸層應該是信號中間層，并且夾在兩個內(nèi)電層之間。這樣兩個內(nèi)電層的銅膜可以為高速信號傳輸提供電磁屏蔽，同時也能有效地將高速信號的輻射限制在兩個內(nèi)電層之間，不對外造成干擾。
• 避免兩個信號層直接相鄰。相鄰的信號層之間容易引入串擾，從而導致電路功能失效。在兩信號層之間加入地平面可以有效地避免串擾。
• 多個接地的內(nèi)電層可以有效地降低接地阻抗。例如，A信號層和B信號層采用各自單獨的地平面，可以有效地降低共模干擾。

• 兼顧層結(jié)構(gòu)的對稱性。

表1

常見的疊層設計

1）四層板疊層結(jié)構(gòu)

圖2

2）六層板疊層結(jié)構(gòu)

表2

3）八層板疊層結(jié)構(gòu)

表3

表4

一到八層電路板的疊層設計方式

單面板和雙面板的疊層

對于雙層板來說，由于板層數(shù)量少，已經(jīng)不存在疊層的問題。 控制EMI輻射主要從布線和布局來考慮；

單層板和雙層板的電磁兼容問題越來越突出。造成這種現(xiàn)象的主要原因就是信號回路面積過大，不僅產(chǎn)生了較強的電磁輻射，而且使電路對外界干擾敏感。要改善線路的電磁兼容性，最簡單的方法是減小關(guān)鍵信號的回路面積。

關(guān)鍵信號：從電磁兼容的角度考慮，關(guān)鍵信號主要指產(chǎn)生較強輻射的信號和對外界敏感的信號。能夠產(chǎn)生較強輻射的信號一般是周期性信號，如時鐘或地址的低位信號。對干擾敏感的信號是指那些電平較低的模擬信號。

單、雙層板通常使用在低于10KHz的低頻模擬設計中：

• 在同一層的電源線以輻射狀走線，并最小化線的長度總和；

• 走電源、地線時，相互靠近；在關(guān)鍵信號線邊上布一條地線，這條地線應盡量靠近信號線。這樣就形成了較小的回路面積，減小差模輻射對外界干擾的敏感度。當信號線的旁邊加一條地線后，就形成了一個面積最小的回路，信號電流肯定會取道這個回路，而不是其它地線路徑。

• 如果是雙層線路板，可以在線路板的另一面，緊靠近信號線的下面，沿著信號線布地條地線，一線盡量寬些。這樣形成的回路面積等于PCB線路板的厚度乘以信號線的長度。

四層板的疊層

推薦疊層方式：

• SIG－GND（PWR）－PWR（GND）－SIG

• GND－SIG（PWR）－SIG（PWR）－GND

對于以上兩種疊層設計，潛在的問題是對于傳統(tǒng)的1.6mm（62mil）板厚， 層間距將會變得很大，不僅不利于控制阻抗，也不利于層間耦合及屏蔽； 特別是電源地層之間間距很大，降低了板電容，不利于濾除噪聲。

對于第一種方案，通常應用于板上芯片較多的情況。這種方案可得到較好的SI性能，對于EMI性能來說并不是很好，主要通過走線及其他細節(jié)來控制。注意：地層放在信號最密集的信號層的相連層，有利于吸收和抑制輻射；增大板面積，體現(xiàn)20H規(guī)則。

六層板的疊層

對于芯片密度較大、時鐘頻率較高的設計應考慮六層板的設計。

推薦疊層方式：

SIG－GND－SIG－PWR－GND－SIG；

這種疊層方案可得到較好的信號完整性，信號層與接地層相鄰，電源層和接地層配對，每個走線層的阻抗都可較好控制，且兩個地層都是能良好的吸收磁力線，在電源、地層完整的情況下能為每個信號層都提供較好的回流路徑。

GND－SIG－GND－PWR－SIG－GND；

該種方案只適用于器件密度不是很高的情況，這種疊層具有上面疊層的所有優(yōu)點，并且這樣頂層和底層的地平面比較完整，能作為一個較好的屏蔽層來使用。

需要注意的是電源層要靠近非主元件面的那一層，因為底層的平面會更完整。因此，EMI性能要比第一種方案好。

小結(jié)：對于六層板的方案，電源層與地層之間的間距應盡量減小，以獲得好的電源、地耦合。但62mil的板厚，層間距雖然得到減小，還是不容易把主電源與地層之間的間距控制得很小。對比第一種方案與第二種方案，第二種方案成本要大大增加。因此，我們疊層時通常選擇第一種方案。設計時，遵循20H規(guī)則和鏡像層規(guī)則設計。

八層板的疊層

八層板通常使用下面三種疊層方式：

1）由于電磁吸收能力差且電源阻抗較大，導致這不是一種好的疊層方式，它的結(jié)構(gòu)如下：

• Signal 1 元件面、微帶走線層

• Signal 2 內(nèi)部微帶走線層，較好的走線層（X方向）

• Ground

• Signal 3 帶狀線走線層，較好的走線層（Y方向）

• Signal 4 帶狀線走線層

• Power

• Signal 5 內(nèi)部微帶走線層

• Signal 6 微帶走線層

2）是第三種疊層方式的變種，由于增加了參考層，具有較好的EMI性能，各信號層的特性阻抗可以很好的控制。

• Signal 1 元件面、微帶走線層，好的走線層

• Ground 地層，較好的電磁波吸收能力

• Signal 2 帶狀線走線層，好的走線層

• Power 電源層，與下面的地層構(gòu)成優(yōu)秀的電磁吸收

• Ground 地層

• Signal 3 帶狀線走線層，好的走線層

• Power 地層，具有較大的電源阻抗

• Signal 4 微帶走線層，好的走線層

3）最佳疊層方式，由于多層地參考平面的使用具有非常好的地磁吸收能力。

• Signal 1 元件面、微帶走線層，好的走線層

• Ground 地層，較好的電磁波吸收能力

• Signal 2 帶狀線走線層，好的走線層

• Power 電源層，與下面的地層構(gòu)成優(yōu)秀的電磁吸收

• Ground 地層

• Signal 3 帶狀線走線層，好的走線層

• Ground 地層，較好的電磁波吸收能力

• Signal 4 微帶走線層，好的走線層

對于如何選擇設計用幾層板和用什么方式的疊層，要根據(jù)電路板上信號網(wǎng)絡的數(shù)量、器件密度、PIN密度、信號的頻率、板的大小等許多因素。對于這些因素我們要綜合考慮。

對于信號網(wǎng)絡的數(shù)量越多，器件密度越大，PIN密度越大，信號的頻率越高的設計應盡量采用多層板設計。為得到好的EMI性能，最好保證每個信號層都有自己的參考層。

在設計多層PCB電路板之前，工程師們首先要根據(jù)單路規(guī)模、電路板尺寸以及電磁兼容性（EMC）的需求來確定電路板的層疊結(jié)構(gòu)。

在確定層數(shù)之后再確定內(nèi)電層放置位置以及信號的分布，所以層疊結(jié)構(gòu)的設計尤為重要。

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