如何设计PCB多层板呢?

如何设计PCB多层板呢?,第1张

多层板走线要把电源层、地层信号层分开,减少电源、地、信号之间的干扰。
相邻两层印制板的线条应尽量相互垂直或走斜线、曲线,不能走平行线,以减少基板的层间耦合和干扰。且导线应尽量走短线,特别是对小信号电路来讲,线越短,电阻越小,干扰越小。

1层数的选择和叠加原则

确定多层 PCB 板的层叠结构需要考虑较多的因素。从布线方面来说,层数越多越利于布线 但是制层数越多越利于布线,但是制层数越多越利于布线 板成本和难度也会随之增加。对于生产厂家来说,层叠结构对称与否 PCB 板制造时需要关注的焦 层叠结构对称与否是 板成本和难度也会随之增加 层叠结构对称与否 点,所以层数的选择需要考虑各方面的需求,以达到最佳的平衡。

对于有经验的设计人员来说,在完成元器件的预布局后,会对 PCB 的布线瓶颈处进行重点分析 结 完成元器件的预布局后的布线瓶颈处进行重点分析 颈处进行重点分析。结 完成元器件的预布局后工具分析电路板的布线密度;再综合有特殊布线要求的信号线如差分线、敏感信号线 有特殊布线要求的信号线如差分线 合其他 EDA 工具分析电路板的布线密度有特殊布线要求的信号线如差分线、敏感信号线等 的数量和种类来确定信号层的层数 然后根据电源的种类、来确定信号层的层数; 根据电源的种类、 隔离和抗干扰的要求来确定内电层的数目。来确定信号层的层数 根据电源的种类 隔离和抗干扰的要求来确定内电层的数目 这样,整个电路板的板层数目就基本确定了。

确定了电路板的层数后,接下来的工作便是合理地排列各层电路的放置顺序。在这一步骤中,需要考虑的因素主要有以下两点:

(1)特殊信号层的分布

(2)电源层和地层的分布

如果电路板的层数越多,特殊信号层、地层和电源层的排列组合的种类也就越多,如何来确定哪种组合方式最优也越困难,但总的原则有以下几条:

地层,利用内电层的大铜膜来为信号层提供屏蔽:

(1)信号层应该与一个内电层相邻(内部电源 地层),利用内电层的大铜膜来为信号层提供屏蔽。

(2)内部电源层和地层之间应该紧密耦合,也就是说,内部电源层和地层之间的介质厚度应该取较)内部电源层和地层之间应该紧密耦合,也就是说, 小的值,以提高电源层和地层之间的电容,增大谐振频率。小的值,以提高电源层和地层之间的电容,增大谐振频率。

(3)电路中的高速信号传输层应该是信号中间层,并且夹在两个内电层之间。这样两个内电层的铜膜可以为高速信号传输提供电磁屏蔽,同时也能有效地将高速信号的辐射限制在两个内电层之间,不对外造成干扰。

(4)避免两个信号层直接相邻。相邻的信号层之间容易引入串扰,从而导致电路功能失效;在两信号层之间加入地平面可以有效地避免串扰。

(5)多个接地的内电层可以有效地降低接地阻抗;例如,A 信号层和 B 信号层采用各自单独的地平 面,可以有效地降低共模干扰。

(6)兼顾层结构的对称性。

2常用的层叠结构

下面通过 4 层板的例子来说明如何优选各种层叠结构的排列组合方式:

对于常用的 4 层板来说,有以下几种层叠方式(从顶层到底层):

(1)Siganl_1(Top),GND(Inner_1),POWER(Inner_2),Siganl_2(Bottom)。

(2)Siganl_1(Top),POWER(Inner_1),GND(Inner_2),Siganl_2(Bottom)。

(3)POWER(Top),Siganl_1(Inner_1),GND(Inner_2),Siganl_2(Bottom)。

显然,方案 3 电源层和地层缺乏有效的耦合,不应该被采用。

那么方案 1 和方案 2 应该如何进行选择呢?

一般情况下,设计人员都会选择方案 1 作为 4 层板的结构。原因并非方案 2 不可被采用,而是一般的 PCB 板都只在顶层放置元器件,所以采用方案 1 较为 妥当。但是当在顶层和底层都需要放置元器件,而且内部电源层和地层之间的介质厚度较大,耦合不佳时,就需要考虑哪一层布置的信号线较少。对于方案 1 而言,底层的信号线较少,可以采用大面积 的铜膜来与 POWER 层耦合;反之,如果元器件主要布置在底层,则应该选用方案 2 来制板。

在完成 4 层板的层叠结构分析后, 下面通过一个 6 层板组合方式的例子来说明 6 层板层叠结构的排列 组合方式和优选方法:

(1)Siganl_1(Top),GND(Inner_1),Siganl_2(Inner_2),Siganl_3(Inner_3),POWER(In)。 方案 1 采用了 4 层信号层和 2 层内部电源/接地层,具有较多的信号层,有利于元器件之间的布线工作,但是该方案的缺陷也较为明显,表现为以下两方面:

① 电源层和地线层分隔较远,没有充分耦合

② 信号层 Siganl_2(Inner_2)和 Siganl_3(Inner_3)直接相邻,信号隔离性不好,容易发生串扰

(2)Siganl_1(Top),Siganl_2(Inner_1),POWER(Inner_2),GND(Inner_3),Siganl_3(In)。

方案 2 相对于方案 1, 电源层和地线层有了充分的耦合, 比方案 1 有一定的优势, 但是Siganl_1 (Top) 和 Siganl_2(Inner_1)以及 Siganl_3(Inner_4)和 Siganl_4(Bottom)信号层直接相邻,信号隔 离不好,容易发生串扰的问题并没有得到解决。

),GND(Inner_1), ),Siganl_2(Inner_2), ),POWER(Inner_3),),GND(3)Siganl_1(Top), ) ( ), ( ), ( ), ( ), (Inner_)。)。

相对于方案 1 和方案 2,方案 3 减少了一个信号层,多了一个内电层,虽然可供布线的层面减少了,但是该方案解决了方案 1 和方案 2 共有的缺陷:

①   电源层和地线层紧密耦合

② 每个信号层都与内电层直接相邻,与其他信号层均有有效的隔离,不易发生串扰

③ Siganl_2(Inner_2)和两个内电层 GND(Inner_1)和 POWER(Inner_3)相邻,可以用来传 ( ) ( ) ( )相邻,两个内电层可以有效地屏蔽外界对 Siganl_2 Inner_2) 输高速信号。 高速信号。 两个内电层可以有效地屏蔽外界对( ) 层的干扰和 Siganl_2 Inner_2) ( ) 对外界的干扰。

综合各个方面,方案 3 显然是最优化的一种,同时,方案 3 也是 6 层板常用的层叠结构。

通过对以上两个例子的分析,相信读者已经对层叠结构有了一定的认识,但是在有些时候,某一个方案并不能满足所有的要求,这就需要考虑各项设计原则的优先级问题。遗憾的是由于电路板的板层设 计和实际电路的特点密切相关,不同电路的抗干扰性能和设计侧重点各有所不同,所以事实上这些原则并没有确定的优先级可供参考。但可以确定的是,设计原则 2(内部电源层和地层之间应该紧密耦 设计原则 (内部电源层和地层之间应该紧密耦如果电路中需要传输高速信号, 合)在设计时需要首先得到满足,另外如果电路中需要传输高速信号,那么设计原则 3(电路中的高在设计时需要首先得到满足, 如果电路中需要传输高速信号 ( 速信号传输层应该是信号中间层,并且夹在两个内电层之间)就必须得到满足速信号传输层应该是信号中间层,并且夹在两个内电层之间)就必须得到满足。

如下是利用99se设计的多层电路板视频教程。

1、按电路模块进行布局,实现同一功能的相关电路称为一个模块,电路模块中的元件应采用就近集中原则,同时数字电路和模拟电路分开;

2、定位孔、标准孔等非安装孔周围127mm 内不得贴装元、器件,螺钉等安装孔周围35mm(对于M25)、4mm(对于M3)内不得贴装元器件;

3、卧装电阻、电感(插件)、电解电容等元件的下方避免布过孔,以免波峰焊后过孔与元件壳体短路;

4、元器件的外侧距板边的距离为5mm;

5、贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm;

6、金属壳体元器件和金属件(屏蔽盒等)不能与其它元器件相碰,不能紧贴印制线、焊盘,其间距应大于2mm。定位孔、紧固件安装孔、椭圆孔及板中其它方孔外侧距板边的尺寸大于3mm;

7、发热元件不能紧邻导线和热敏元件;高热器件要均衡分布;

8、电源插座要尽量布置在印制板的四周,电源插座与其相连的汇流条接线端应布置在同侧。特别应注意不要把电源插座及其它焊接连接器布置在连接器之间,以利于这些插座、连接器的焊接及电源线缆设计和扎线。电源插座及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插拔;

规划走线时,需注意以下几点

1、输入端与输出端的边线应避免相邻平行, 以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离;两相邻层的布线要互相垂直,平行容易产生寄生耦合。

2、地线>电源线>信号线,通常信号线宽为:8mil~12mil;电源线为50mil~100mil。对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用)

3、可以用一些孤岛铜,然后将其连接到地平面上。

4、在PCB板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连,只是在PCB与外界连接的接口处(如插头等)。数字地与模拟地有一点短接,请注意,只有一个连接点。也有在PCB上不共地的,这由系统设计来决定。

5、实在没地方布线,可考虑布在VCC层,其次考虑GND层。

6、标准元器件两腿之间的距离为100mil(254mm),所以网格系统的基础一般就定为100mil(254 mm)或小于100mil的整倍数,如:50mil、25mil、20mil等。

一般布局时选择50mil网格,布线选择5mil网格,孔距和器件距离设为25mil(让器件之间可以走线)

7、板边的铺铜要距离板边20mil。

8、PCB 板上延时为 0167ns/inch。但是,如果过孔多,器件管脚多,网线上设置的约束多,延时将增大。

9、线径越宽,距电源/地越近,或隔离层的介电常数越高,特征阻抗就越小。

10、PCB板上的走线可等效为串联和并联的电容、电阻和电感结构。串联电阻的典型值025-055 ohms/英尺。并联电阻阻值通常很高。

11、如果采用CMOS或TTL电路进行设计,工作频率小于10MHz,布线长度应不大于7英寸。工作频率在50MHz布线长度应不大于15英寸。如果工作频率达到或超过75MHz布线长度应在1英寸。

12、任何高速和高功耗的器件应尽量放置在一起以减少电源电压瞬时过冲。

扩展资料:

PCB布线的常见规则

1、连线精简原则:

连线要精简,尽可能短,尽量少拐弯,力求线条简单明了,特别是在高频回路中,当然为了达到阻抗匹配而需要进行特殊延长的线就例外了,例如蛇行走线等。

2、安全载流原则:

铜线的宽度应以自己所能承载的电流为基础进行设计,铜线的载流能力取决于以下因素:线宽、线厚(铜铂厚度)、允许温升等,下表给出了铜导线的宽度和导线面积以及导电电流的关系(军品标准),可以根据这个基本的关系对导线宽度进行适当的考虑。

3、电磁抗干扰原则:

电磁抗干扰原则涉及的知识点比较多,例如铜膜线的拐弯处应为圆角或斜角(因为高频时直角或者尖角的拐弯会影响电气性能)双面板两面的导线应互相垂直、斜交或者弯曲走线,尽量避免平行走线,减小寄生耦合等。

参考资料:

百度百科-PCB


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