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        PCB設計公司教你如何做好PCB層疊設計

        發布時間 :2020-04-10 17:06 閱讀 : 來源 :技術文章責任編輯 :深圳宏力捷PCB設計部
        PCB層疊設計是多層板PCB設計比較要處理好的問題,做好PCB層疊設計可以有效節省PCB制板成本提升PCB板性能,接下來深圳PCB設計公司-深圳宏力捷電子教你如何做好PCB層疊設計。
         
        深圳PCB設計公司
         
        1. PCB層疊設計的定義及添加
         
        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,以滿足電路板設計的要求。
         
        2. PCB層疊設計的正片層與負片層
         
        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1所示。
         
        正片層
         
        圖1  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2所示。
         
        負片層
         
        圖2  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3所示。
         
        雙擊給予網絡
         
        圖3  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層疊設計的認識
         
        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PCB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層疊設計
         
        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4和圖5分別列出了常見的4層板和6層板的層疊結構。
         
        常見的4層板的層疊結構
         
        圖4  常見的4層板的層疊結構
         
         
        常見的4層板的層疊結構
         
        圖5  常見的6層板的層疊結構
         
        6. PCB層疊設計分析
         
        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4和圖5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。
         
        3種常見的4層板的層疊方案優缺點對比
         
        (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。
         
        4種常見的6層板的層疊方案優缺點對比
         
        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6所示,優選方案1和方案2,可用方案3。
         
        常見的8層板的層疊推薦方案
         
        圖6  常見的8層板的層疊推薦方案
         
        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7所示的層疊管理器,進行相關參數設置。
         
        層疊管理器
         
        圖7  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所示。
         
        4層板的層疊效果
         
        圖8  4層板的層疊效果
         
        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。
         
        深圳宏力捷電子PCB設計能力
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        最高信號設計速率:10Gbps CML差分信號;
        最高PCB設計層數:40層;
        最小線寬:2.4mil;
        最小線間距:2.4mil;
        最小BGA PIN 間距:0.4mm;
        最小機械孔直徑:6mil;
        最小激光鉆孔直徑:4mil;
        最大PIN數目:;63000+
        最大元件數目:3600;
        最多BGA數目:48+。


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