芯耀
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下圖展示的是一塊四層板，但相關(guān)內(nèi)容也可應(yīng)用于層數(shù)更多的電路板。印刷電路板的核心是一塊剛性的玻璃纖維板，其頂部和底部都覆有銅箔。核心部分基本上就是一塊兩層板。為了增加層數(shù)，會(huì)使用一種帶有膠水的薄玻璃纖維片，即半固化片（prepreg），來(lái)粘貼頂部和底部的銅箔。這個(gè)示例印刷電路板顯示了非常常見的厚度。例如，62mil厚的電路板被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)的板厚，7mil厚的半固化片也很常見。通常，核心部分相當(dāng)厚，而半固化片很薄。因此，頂層非?？拷诵牟糠值捻敳?，底層則靠近核心部分的底部。
為了獲得良好的電磁干擾（EMI）性能，信號(hào)層應(yīng)盡可能靠近與其相關(guān)的接地回路層。如果將頂層用作信號(hào)層，而將相鄰的內(nèi)層用作接地回路層，這是個(gè)不錯(cuò)的選擇，因?yàn)榘牍袒ǔ：鼙?。為了?shí)現(xiàn)良好的電源去耦，將電源層和接地層保持靠近也很有幫助。如果使用核心部分作為電源層和接地層，可能很難保持緊密的間距，因?yàn)楹诵牟糠值牟牧贤ǔ１容^厚。
在這里，我們比較不同的層疊結(jié)構(gòu)，看看哪種是最好的。最差的層疊結(jié)構(gòu)是使用相鄰的兩層，且每層都有信號(hào)走線。在這種情況下，兩個(gè)信號(hào)會(huì)相互干擾，而且接地參考通常離信號(hào)較遠(yuǎn)，這會(huì)使得回流電流擴(kuò)散開來(lái)。
四層板上常用的一種方法是將電源層和接地層用作內(nèi)層，而將信號(hào)層設(shè)置在外層。底部的電源軌將作為底部信號(hào)的回流路徑。這種方法可能存在的一個(gè)問(wèn)題是，電源層可能會(huì)被分割成多個(gè)電源軌。在這種情況下，回流路徑中會(huì)出現(xiàn)不連續(xù)或縫隙，就需要使用縫合電容來(lái)彌合這些間隙。此外，當(dāng)信號(hào)從頂層過(guò)渡到底層時(shí)，回流路徑需要從接地層過(guò)渡到電源層，這也可能會(huì)導(dǎo)致射頻輻射。
對(duì)于四層板來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)良好電磁干擾（EMI）性能的最佳方法是使用兩個(gè)內(nèi)層作為接地層。在這種情況下，信號(hào)會(huì)分布在頂層，電源和信號(hào)會(huì)在底層。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是能使電源軌非?？拷拥鼗亓髀窂?，這將改善去耦效果。該方法還消除了對(duì)縫合電容的需求，因?yàn)榻拥鼗亓魇沁B續(xù)完整的，而在前一個(gè)例子中，電源層被分割以適應(yīng)多個(gè)電源軌。另外，當(dāng)頂層和底層的信號(hào)在不同層之間過(guò)渡時(shí)，兩個(gè)接地層通過(guò)縫合過(guò)孔連接在一起，所以輻射是最小的。
六層及更高層數(shù)的印刷電路板也遵循相同的原則。簡(jiǎn)而言之，你永遠(yuǎn)不希望信號(hào)層沒(méi)有相鄰的接地回流路徑。此外，讓電源層靠近接地層將改善去耦效果。
下面例子展示了將電源層與信號(hào)層相鄰設(shè)置是如何引發(fā)問(wèn)題的。這種方法并非不可行，但你必須小心，要避免在電源層的分割區(qū)域上方布設(shè)信號(hào)走線。在這個(gè)例子中，電源被分割成了一個(gè)3.3V的數(shù)字電源平面和一個(gè)5V的模擬電源平面。左邊的設(shè)計(jì)會(huì)產(chǎn)生射頻輻射，因?yàn)?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1546930.html">數(shù)字信號(hào)的走線跨越了回流路徑中的分割區(qū)域。右邊的布局經(jīng)過(guò)了調(diào)整，從而在數(shù)字輸入輸出（I/O）線路下方保持了一個(gè)連續(xù)的數(shù)字電源平面。對(duì)于這個(gè)設(shè)計(jì)而言，回流電流將流過(guò)3.3V的數(shù)字電源平面，而不是接地平面。
下圖展示了在四層印刷電路板中如何使用兩個(gè)內(nèi)層作為接地層。在這種情況下，大多數(shù)信號(hào)將布設(shè)在頂層，而電源層則在底層。底層也可以布設(shè)一些信號(hào)走線，但底層的大部分區(qū)域是專門用于電源的。這種層疊結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于使電源層靠近其接地回流路徑，由于電源和地之間的交流阻抗較低，這將改善去耦效果。此外，信號(hào)在頂層和底層之間過(guò)渡時(shí)，不需要使用縫合電容。
上圖中的示例可以進(jìn)行修改，使得電源以較粗的走線而非平面的形式來(lái)布設(shè)。如果電源軌上的瞬態(tài)電流不是很大，將電源以走線形式布設(shè)是一種合理的方法。相較于采用電源平面的方式，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于底層有更多空間可用于布設(shè)信號(hào)走線。
下圖是一個(gè)兩層電路板的示例。對(duì)于這種類型的電路板，最佳的層疊方式是將電源和信號(hào)布置在頂層，并將底層用作完整的接地平面。然而，要在頂層布置所有的信號(hào)和電源走線往往是很困難的，所以常常會(huì)有一些走線布置在底層。那么，這種層疊方式會(huì)存在哪些常見問(wèn)題呢？
兩層電路板存在一個(gè)顯著的問(wèn)題，原因是有些走線需要布設(shè)在底層。底層的走線會(huì)導(dǎo)致接地路徑出現(xiàn)不連續(xù)的情況。當(dāng)頂層的信號(hào)經(jīng)過(guò)這個(gè)不連續(xù)處時(shí)，接地回流電流就不得不繞開這個(gè)分隔區(qū)域進(jìn)行走線，從而產(chǎn)生射頻輻射。
另一個(gè)問(wèn)題的出現(xiàn)是因?yàn)轫攲雍偷讓釉谖锢砩舷喔粢欢蜗喈?dāng)大的距離。兩層電路板的典型厚度是62mil。這個(gè)厚度比四層電路板中頂層與核心層之間的距離要大得多。增加層與層之間的間距會(huì)導(dǎo)致走線下方的場(chǎng)分布擴(kuò)散開來(lái)。
記住電磁干擾（EMI）的原理。它會(huì)沿著波導(dǎo)的頂部和底部傳播。場(chǎng)分布的擴(kuò)散會(huì)增加數(shù)字走線與敏感的模擬走線之間的串?dāng)_。當(dāng)然，如果把兩層電路板做得很薄，這個(gè)問(wèn)題就能最小化，但從機(jī)械強(qiáng)度的角度來(lái)看，這可能不太現(xiàn)實(shí)。
Tips：一些關(guān)于PCB疊層選擇的常見問(wèn)題及回答
1、以下層疊結(jié)構(gòu)存在哪些潛在問(wèn)題？
a)為了實(shí)現(xiàn)良好的屏蔽，接地層應(yīng)始終位于底層。
b)電源層絕不應(yīng)該有分割。
c)電源層和接地層相隔距離較遠(yuǎn)。這會(huì)降低高速去耦性能。
d)電源層被分割了，所以底層跨越分割區(qū)域的信號(hào)可能會(huì)存在射頻輻射問(wèn)題。
e)答案a和b是存在的問(wèn)題。
f)答案c和d是存在的問(wèn)題。
答：正確答案是“f”，即答案c和d是存在的問(wèn)題。讓接地層和電源層保持靠近可以降低層間的高頻阻抗。這種低阻抗能夠消除電源噪聲。在這種情況下，電源層和接地層相隔較遠(yuǎn)，所以高速去耦性能將會(huì)下降。
此外，電源層是分割開的。如果信號(hào)走線跨越了這個(gè)分割區(qū)域，這種分割就可能會(huì)引發(fā)問(wèn)題。
2、以下這種層疊結(jié)構(gòu)存在哪些潛在問(wèn)題呢？
a)兩個(gè)相鄰的信號(hào)沒(méi)有相鄰的接地回流路徑，所以它們有可能會(huì)相互干擾。
b)接地層和電源層距離太近了，應(yīng)該把它們分得更遠(yuǎn)一些，以防止電源噪聲耦合到接地層中。
c)以上都不是問(wèn)題，這是一種不錯(cuò)的層疊結(jié)構(gòu)。
答：正確答案是“a”，即兩個(gè)相鄰的信號(hào)沒(méi)有相鄰的接地回流路徑，所以它們有可能會(huì)相互干擾。在這種情況下，最上面兩層的信號(hào)會(huì)以接地平面作為參考，所有的回流電流會(huì)相互混合，從而產(chǎn)生串?dāng)_。在最下面兩層，信號(hào)是以電源平面作為參考的，同樣，回流電流也會(huì)相互混合。此外，底層存在分割情況，如果信號(hào)跨越了這個(gè)分割區(qū)域，這也可能會(huì)引發(fā)問(wèn)題。
