電源層和地線層完整性規則 PCB疊層設計的原則

2021-10-17 04:44:54 字數 1312 閱讀 1082

在pcb設計(印製電路板)時,需要考慮的乙個最基本的問題就是實現電路要求的功能需要多少個佈線層、接地平面和電源平面,而pcb的佈線層、接地平面和電源平面的層數的確定與電路功能、訊號完整性、emi、emc、製造成本等要求有關。對於大多數的設計,pcb的效能要求、目標成本、製造技術和系統的複雜程度等因素存在許多相互衝突的要求,pcb的疊層設計通常是在考慮各方面的因素後折中決定的。高速數位電路和射頻電路通常採用多層板設計。

1:分層

在多層pcb中,通常包含訊號層(s)、電源(p)平面和接地(gnd)平面。電源平面和接地平面通常是沒有分割的實體平面,它們將為相鄰訊號走線的電流提供乙個好的低阻抗的電流返回路徑。訊號層大部分位於這些電源或地參考平面層之間,構成對稱帶狀線或非對稱帶狀線。多層pcb的頂層和底層通常用於放置元器件和少量走線,這些訊號走線要求不能太長,以減少走線產生的直接輻射。

使用去耦電容是解決電源完整性的乙個重要措施。去耦電容只能放置在pcb的頂層和底層。去耦電容的走線、焊盤,以及過孔將嚴重影響去耦電容的效果,這就要求設計時必須考慮連線去耦電容的走線盡量短而寬,連線到過孔的導線也應盡量短。例如,在乙個高速數位電路中,可以將去耦電容放置在pcb的頂層,將第2層分配給高速數位電路(如處理器)作為電源層,將第3層作為訊號層,將第4層設定成高速數位電路地。

此外,要盡量保證由同乙個高速數字器件所驅動的訊號走線以同樣的電源層作為參考平面,而且此電源層為高速數字器件的供電電源層。

多電源參考平面將被分割成幾個電壓不同的實體區域。如果緊靠多電源層的是訊號層,那麼其附近的訊號層上的訊號電流將會遭遇不理想的返回路徑,使返回路徑上出現縫隙。對於高速數碼訊號,這種不合理的返回路徑設計可能會帶來嚴重的問題,因此要求高速數碼訊號佈線應該遠離多電源參考平面。

多個接地參考平面(接地層)可以提供乙個好的低阻抗的電流返回路徑,可以減小共模emi。接地平面和電源平面應該緊密耦合,訊號層也應該和鄰近的參考平面緊密耦合。減少層與層之間的介質厚度可以達到這個目的。

5:合理設計佈線組合

乙個訊號路徑所跨越的兩個層稱為乙個「佈線組合」。最好的佈線組合設計是避免返回電流從乙個參考平面流到另乙個參考平面,而是從乙個參考平面的乙個點(面)流到另乙個點(面)。而為了完成複雜的佈線,走線的層間轉換是不可避免的。在訊號層間轉換時,要保證返回電流可以順利地從乙個參考平面流到另乙個參考平面。

在乙個設計中,把鄰近層作為乙個佈線組合是合理的。如果乙個訊號路徑需要跨越多個層,將其作為乙個佈線組合通常不是合理的設計,因為乙個經過多層的路徑對於返回電流而言是不通暢的。雖然可以通過在過孔附近放置去耦電容或減***平面間的介質厚度等來減小地彈,但也非乙個好的設計。

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