电路板设计中电路板层的布局及解释

电路板设计中电路板层的布局及解释

电路板的分层排列与系统的频率和系统庞大的布线有很大关系。 由于EMI和布线巨大，所以采用10层布线。 下面详细介绍二层到八层布线中的EMI规则。

1 二层板的排列

1）二层电路板主要用于低速电路，工作频率在10KHZ以下或模拟电路中。 其堆栈层级比较小，成本较低。

2）两层板的电源走线在同一层布线，从电源到每个元件采用径向拉线，减少了所有走线的长度。

3）两层板中Power和GND的网格分布（分布在TOP和BOTTOM），因为电源噪声会往低阻抗的方向走，从电源的NOISE源往低阻抗的方向走 电源，并返回到噪声源以形成环路。 即使所有的POWER和GND都并联相邻，但网格分布可以最大限度地减少高频开关产生的噪声环路，因此不会影响其他电路和控制信号。

4）两层板的另一种走线方式是POWER和信号层分布在一层，GND层分布在另一层，当走线不密集时可以使用。

2 四层板的排列

一般分层排列：TOP和BOTTOM是信号层，第2层是GND，第3层是POWER。 第2层和第3层的分布根据具体情况确定。 如果与该层相邻的层有更多的路由，则将其定义为层。

四层板用于中低速线路（75M以下），因为POWER层会有很大的噪声。 因此，作为参考平面，它不如GND层。

如果四层板顶层的高速信号超过66MHZ，其高频辐射就会向周围辐射。 GND必须布在机构或顶层，以消除辐射。

如果外壳是金属外壳，则高速信号线和时钟线应放置在靠近外壳平面的一层。 最好在时钟线周围敷一圈地线，其宽度是时钟的1到2倍。 它可以与时钟线一样宽。 如果线路过长，应每隔1000密耳左右钻一个接地孔，以增强过长的地线与大地的连接，保证良好的屏蔽效果。

图像理论：

如果有电流的导体与金属平面平行且相邻，则金属平面上会感应出与导体电流大小相反方向的镜像电流，以抵消导体电流引起的辐射场。 如果它垂直于相邻的金属平面，镜像电流的大小和方向将相等。 因此，遵循图像理论。 如果有高频信号。 布线最好在同一层完成。

3 六层排列

模式1：信号层1是最安全的接线模式

第 1 层：信号层 1。

第2层：陆地层。

第 3 层：信号层 2。

第 4 层：信号第 3 层。

第5层：电源层。

第 6 层：信号层 4。

信号层2、3、4的噪声容限较差，因为POWER PLAN的磁场会穿过信号层2、3到达GND PLANE。 POWER 不与 GND PLANE 相邻，导致阻抗增加。 信号层 3 和 4 的 FLUX CANCELATION 较差，信号层 2 和 3 存在 CROSSSTALK 问题。

由于噪声会自动选择阻抗最低的环路，所以频率高、辐射强的信号线和时钟线应尽可能靠近GND层。

由于电源层有不同的分区，如3V、5V、12V，所以电源层是一个破碎的金属平面，这也是它作为参考平面不如GND的原因。 因此，CLK、SIGNAL、CRYSTAL的走线应靠近GND层，即第一层。

由于POWER的噪声会连接到GND层，然后返回到POWER层，因此噪声会在2层之间来回振荡。谐振是由POWER和GND产生的，一般在30-230MHZ之间。 该频率的带宽只能通过处理POWER和GND来消除。 主要方法是消除噪声源，改善信号波形； 在高频信号附近（POWER和GND相连）加一个电容，滤除电容的噪声。

方法二：

第 1 层：信号层 1。

第 2 层：信号层 2。

第3层：陆地层。

第4层：电源层。

第 5 层：信号第 3 层。

第 6 层：信号层 4。

信号层 2 与 GND 层相邻，因为映射定理具有良好的磁通消除效果。

POWER层和GND层相邻，以降低POWER层的阻抗。信号层1、3、4的FLUX CANNCELLATION较差，CROSSSTALK对此感到担忧。如果POWER平面有良好的参考平面，则应选择模式1，因为POWER GND是良好的参考平面，并且高速线的层数较多。 如果POWER层损坏，应选择模式2。 同时，可以通过在信号层1和4上使用GND铜布来补救模式2。

模式3：（最佳堆叠模式）

第 1 层：信号层 1。

第2层：陆地层。

第 3 层：信号层 2。

第4层：电源层。

第 5 层：信号第 3 层。

第 6 层：信号层 4。

信号层 1 和 2 与 GND 层相邻，具有良好的磁通消除效果。

为了避免信号层电源噪声的影响，应增加电源层与信号层2之间的介质距离，以减少层间干扰。

总结：对于高速信号，最好只在顶层和底层打孔，中间只打一层。 现有层分布如下：

第 1 层：信号层 1。

第2层：陆地层。

第3层：电源层。

第 4 层：信号层 2。

第5层：陆地层。

第 6 层：信号第 3 层。

注意：信号层和POWER层应比GND层小20H以上（H为POWER GND层之间的距离），这样可以减少面板边缘辐射70%。 对于我们目前的产品，我建议信号层和POWER层应该比GND层小3mm以上。

4 八层最佳排列

第 1 层：信号层 1。

第2层：陆地层。

第 3 层：信号层 2。

第4层：陆地层。

第5层：电源层。

第 6 层：信号第 3 层。

第7层：陆地层。

第 8 层：信号层 4。

有两种模式：G2P7 和 G3P6。

缺点：随着POWER阻抗的增加，可以高速分布的信号层很多，会造成相邻信号层之间的串扰。

5 布线前确定PCB层数

布线层数应在设计初期确定。 如果设计需要使用高密度球栅阵列（BGA）元件，则必须考虑这些器件布线所需的最小布线层数。 布线层数和叠放方式将直接影响印制线的布线和阻抗。 板的尺寸有助于确定堆叠方式和印刷线路的宽度，以达到理想的设计效果。

多年来，人们一直认为电路板数量越少，成本就越低。 然而，还有许多其他因素影响电路板的制造成本。 近年来，多层板之间的成本差异已大大缩小。 在设计之初，最好使用更多的电路层数，并使铜层分布均匀，以避免设计接近尾声时，少数信号不符合定义的规则和空间要求， 以便强制添加新层。 设计前仔细规划会减少很多布线的麻烦。 电路板加工及PCBA加工厂家将为您讲解电路板设计中电路板层数的排列。