层设计一、正片层和负片层的介绍1、正片层(Signal)2、负片层(Plane)3、内电层的分割实现二、正片层和负片层的内缩设计1、负片设置内缩20H原则2、正片铺铜设置内缩1、设置规则2、重新铺铜三、AD的层叠设计四、叠层设计需要注意的问题1、总的来说叠层设计主要要遵从两个规矩2、下面列出从两层板到八层板的叠层来进行示例讲解1、单面PCB板和双面PCB板的叠层2、四层板的叠层3、六层板的叠层4、八层板的叠层Altium

1、正片层(Signal)

正片就是平常用在走线的信号层既走线的地方是铜线用Polygon

2、负片层(Plane)

负片正好相反既默认敷铜走线的地方是分割线也就是生成一个负片之后整一层就已经被敷铜了要做的事情就是分割敷铜再设置分割后的敷铜的网络。

AD中直接用Line快捷键PL来分割分割线不宜太细用15mil及以上。

要分割敷铜时只要用Line画一个封闭的多边形框在双击框内敷铜设置网络即可。

负片的好处在于默认大块敷铜填充在添加过孔改变敷铜大小等等操作都不需要重Rebuild这样省去了PROTEL重新敷铜计算的时间。

中间层用于电源层和GND层时候层面上大多是大块敷铜这样用负片的优势就很明显。

建议与提示建议信号层采取“正片”的方式处理电源层和GND层采取“负片”的方式处理可以很大程度上减小文件数据量的大小和提高设计的速度。

1、负片设置内缩

注默认是叠层对称的当设置第二层负片内缩值时第三层也会同步修改为相同的值若不需要同步修改一层为GND一层为PWR时取消勾选Stack

20H原则

20H原则是指电源层相对地层内缩20H的距离H表示电源层与地层的距离。

当然也是为抑制边缘辐射效应。

在板的边缘会向外辐射电磁干扰。

将电源层内缩使得电场只在接地层的范围内传导有效的提高了emc。

若内缩20H则可以将70%的电场限制在接地边沿内内缩100H则可以将98%的电场限制在内。

我们要求地平面大于电源或信号层这样有利于防止对外辐射干扰和屏蔽外界对自身的干扰一般情况下在pcb设计的时候把电源层比地层内缩1mm基本上就可以满足20H的原则。

我们内缩的距离就是我们之前说的“20H”的距离这个H指的是电源层与地层之间的介质厚度“20H规则”的采用是指要确保电源平面的边缘要比0V平面边缘至少缩入相当于两个平面间层距的20倍。

但是由于叠层的设计在通常的一些PCB板上严格满足20H的话无法进行PCB布线了所以一般的处理方式是电源GND

相对GND

我们也需要注意一下我们的20H原则是在一定的前提下才可以有明显的效果。

1、电源平面要处在PCB内部并且与他相邻的上下两个层都为0V平面这两个0V平面向外延伸的距离至少要相当于他们各自与电源平面间层距的20倍。

2、正片铺铜设置内缩

找到板框层复制板框层并粘贴转换为keep-out-layer禁止布线层

工具–转换–转换选择元素到keepout。

建立一个和板框层一致的禁止布线层。

D-R

右键选择新建规则如下图所示设置禁止布线层与铺铜的最小间距内缩值。

2、重新铺铜

2、邻近的主电源层和地层要保持最小间距,以提供较大的耦合电容。

对于两层板来说由于板层数量少已经不存在叠层的问题。

控制EMI辐射主要从布线和布局来考虑

单层板和双层板的电磁兼容问题越来越突出。

造成这种现象的主要原因就是因是信号回路面积过大不仅产生了较强的电磁辐射而且使电路对外界干扰敏感。

要改善线路的电磁兼容性最简单的方法是减小关键信号的回路面积。

关键信号从电磁兼容的角度考虑关键信号主要指产生较强辐射的信号和对外界敏感的信号。

能够产生较强辐射的信号一般是周期性信号如时钟或地址的低位信号。

对干扰敏感的信号是指那些电平较低的模拟信号。

2走电源、地线时相互靠近在关键信号线边上布一条地线这条地线应尽量靠近信号线。

这样就形成了较小的回路面积减小差模辐射对外界干扰的敏感度。

当信号线的旁边加一条地线后就形成了一个面积最小的回路信号电流肯定会取道这个回路而不是其它地线路径。

3如果是双层线路板可以在线路板的另一面紧靠近信号线的下面沿着信号线布一条地线一线尽量宽些。

这样形成的回路面积等于线路板的厚度乘以信号线的长度。

SIGGND(PWR)PWR

对于以上两种叠层设计潜在的问题是对于传统的1.6mm62mil板厚。

层间距将会变得很大不仅不利于控制阻抗层间耦合及屏蔽特别是电源地层之间间距很大降低了板电容不利于滤除噪声。

对于第一种方案通常应用于板上芯片较多的情况。

这种方案可得到较好的SI性能对于EMI性能来说并不是很好主要要通过走线及其他细节来控制。

主要注意地层放在信号最密集的信号层的相连层有利于吸收和抑制辐射增大板面积体现20H规则。

对于第二种方案通常应用于板上芯片密度足够低和芯片周围有足够面积(放置所要求的电源覆铜层)的场合。

此种方案PCB的外层均为地层中间两层均为信号

/电源层。

信号层上的电源用宽线走线这可使电源电流的路径阻抗低且信号微带路径的阻抗也低也可通过外层地屏蔽内层信号辐射。

从EMI控制的角度看

主要注意中间两层信号、电源混合层间距要拉开走线方向垂直避免出现串扰适当控制板面积体现20H规则如果要控

制走线阻抗上述方案要非常小心地将走线布置在电源和接地铺铜岛的下边。

另外电源或地层上的铺铜之间应尽可能地互连在一起以确保DC和低频的连接性。

对于芯片密度较大、时钟频率较高的设计应考虑6层板的设计推荐叠层方式

1.SIGGNDSIGPWRGNDSIG

对于这种方案这种叠层方案可得到较好的信号完整性信号层与接地层相邻电源层和接地层配对每个走线层的阻抗都可较好控制且两个地层都是能良好的吸收磁力线。

并且在电源、地层完整的情况下能为每个信号层都提供较好的回流路径。

2.GNDSIGGNDPWRSIG

对于这种方案该种方案只适用于器件密度不是很高的情况这种叠层具有上面叠层的所有优点并且这样顶层和底层的地平面比较完整能作为一个较好的屏蔽层

来使用。

需要注意的是电源层要靠近非主元件面的那一层因为底层的平面会更完整。

因此EMI性能要比第一种方案好。

小结对于六层板的方案,电源层与地层之间的间距应尽量减小以获得好的电源、地耦合。

但62mil的板厚,层间距虽然得到减小,还是不容易把主电源与地

层之间的间距控制得很小。

对比第一种方案与第二种方案第二种方案成本要大大增加。

因此我们叠层时通常选择第一种方案。

设计时遵循20H规则和镜像层

1、由于差的电磁吸收能力和大的电源阻抗导致这种不是一种好的叠层方式。

它的结构如下

1.Signal

2、是第三种叠层方式的变种由于增加了参考层具有较好的EMI性能各信号层的特性阻抗可以很好的控制

1.Signal

3、最佳叠层方式由于多层地参考平面的使用具有非常好的地磁吸收能力。

1.Signal

对于如何选择设计用几层板和用什么方式的叠层要根据板上信号网络的数量器件密度PIN密度信号的频率板的大小等许多因素。

对于这些因素我们要综合考虑。

对于信号网络的数量越多器件密度越大PIN密度越大信号的频率越高的设计应尽量采用多层板设计。

为得到好的EMI性能最好保证每个信号层都