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疊層的定義及添加

2020-03-14
來源: 凡億PCB

1、層疊的定義及添加

對高速多層板來說,默認的兩層設計無法滿足布線信號質量及走線密度要求,這個時候需要對PCB層疊進行添加,以滿足設計的要求。

2、正片層與負片層

正片層就是平常用于走線的信號層(直觀上看到的地方就是銅線),可以用“線”“銅皮”等進行大塊鋪銅與填充操作,如圖8-32所示。

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圖8-32  正片層

負片層則正好相反,即默認鋪銅,就是生成一個負片層之后整一層就已經被鋪銅了,走線的地方是分割線,沒有銅存在。要做的事情就是分割鋪銅,再設置分割后的鋪銅的網絡即可,如圖8-33所示。

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圖8-33  負片層

3、內電層的分割實現

在Protel版本中,內電壓是用“分裂”來分割的,而現在用的版本Altium Designer 19直接用“線條”、快捷鍵“PL”來分割。分割線不宜太細,可以選擇15mil及以上。分割鋪銅時,只要用“線條”畫一個封閉的多邊形框,再雙擊框內鋪銅設置網絡即可,如圖8-34所示。

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圖8-34  雙擊給予網絡

正、負片都可以用于內電層,正片通過走線和鋪銅也可以實現。負片的好處在于默認大塊鋪銅填充,再進行添加過孔、改變鋪銅大小等操作都不需要重新鋪銅,這樣省去了重新鋪銅計算的時間。中間層用電源層和GND層(也稱地層、地線層、接地層)時,層面上大多是大塊鋪銅,這樣用負片的優勢就很明顯。

4、PCB層疊的認識

隨著高速電路的不斷涌現,PCB的復雜度也越來越高,為了避免電氣因素的干擾,信號層和電源層必須分離,所以就牽涉到多層PCB的設計。在設計多層PCB之前,設計者需要首先根據電路的規模、電路板的尺寸和電磁兼容(EMC)的要求來確定所采用的電路板結構,也就是決定采用4層、6層,還是更多層數的電路板。這就是設計多層板的一個簡單概念。

確定層數之后,再確定內電層的放置位置及如何在這些層上分布不同的信號。這就是多層PCB層疊結構的選擇問題。層疊結構是影響PCB的EMC性能的一個重要因素,一個好的層疊設計方案將會大大減小電磁干擾(EMI)及串擾的影響。

板的層數不是越多越好,也不是越少越好,確定多層PCB的層疊結構需要考慮較多的因素。從布線方面來說,層數越多越利于布線,但是制板成本和難度也會隨之增加。對生產廠家來說,層疊結構對稱與否是PCB制造時需要關注的焦點。所以,層數的選擇需要考慮各方面的需求,以達到最佳的平衡。

對有經驗的設計人員來說,在完成元件的預布局后,會對PCB的布線瓶頸處進行重點分析,再綜合有特殊布線要求的信號線(如差分線、敏感信號線等)的數量和種類來確定信號層的層數,然后根據電源的種類、隔離和抗干擾的要求來確定內電層的層數。這樣,整個電路板的層數就基本確定了。

5、常見的PCB層疊

確定了電路板的層數后,接下來的工作便是合理地排列各層電路的放置順序。圖8-35和圖8-36分別列出了常見的4層板和6層板的層疊結構。

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圖8-35  常見的4層板的層疊結構

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圖8-36  常見的6層板的層疊結構

6、層疊分析

怎么層疊?哪樣層疊更好?一般遵循以下幾點基本原則。

① 元件面、焊接面為完整的地平面(屏蔽)。

② 盡可能無相鄰平行布線層。

③ 所有信號層盡可能與地平面相鄰。

④ 關鍵信號與地層相鄰,不跨分割區。

可以根據以上原則,對如圖8-35和圖8-36所示的常見的層疊方案進行分析,分析情況如下。

(1)3種常見的4層板的層疊方案優缺點對比如表8-1所示。

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(2)4種常見的6層板的層疊方案優缺點對比如表8-2所示。

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通過方案1到方案4的對比發現,在優先考慮信號的情況下,選擇方案3和方案4會明顯優于前面兩種方案。但是在實際設計中,產品都是比較在乎成本的,然后又因為布線密度大,通常會選擇方案1來做層疊結構,所以在布線的時候一定要注意相鄰兩個信號層的信號交叉布線,盡量讓串擾降到最低。

(3)常見的8層板的層疊推薦方案如圖8-37所示,優選方案1和方案2,可用方案3。

圖8-37  常見的8層板的層疊推薦方案

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7、層的添加及編輯

確認層疊方案之后,如何在Altium Designer當中進行層的添加操作呢?下面簡單舉例說明如下。

(1)執行菜單命令“設計-層疊管理器”或者按快捷鍵“DK”,進入如圖8-38所示的層疊管理器,進行相關參數設置。

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圖8-38  層疊管理器

(2)單擊鼠標右鍵,執行“Insert layer above”或“Insert layer below”命令,可以進行添加層操作,可添加正片或負片;執行“Move layer up”或“Move layer down”命令,可以對添加的層順序進行調整。

(3)雙擊相應的名稱,可以更改名稱,,一般可以改為TOP、GND02、SIN03、SIN04、PWR05、BOTTOM這樣,即采用“字母+層序號(Altium Designer 19自帶這個功能)”,這樣方便讀取識別。

(4)根據層疊結構設置板層厚度。

(5)為了滿足設計的20H,可以設置負片層的內縮量。

(6)單擊“OK”按鈕,完成層疊設置。一個4層板的層疊效果如圖8-39所示。

圖8-39  4層板的層疊效果

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建議信號層采取正片的方式處理,電源層和地線層采取負片的方式處理,可以在很大程度上減小文件數據量的大小和提高設計的速度。


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