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PCB設(shè)計(jì)公司教你如何做好PCB層疊設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間 :2020-04-10 17:06 閱讀 : 來(lái)源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCB設(shè)計(jì)部
PCB層疊設(shè)計(jì)是多層板PCB設(shè)計(jì)比較要處理好的問(wèn)題,做好PCB層疊設(shè)計(jì)可以有效節(jié)省PCB制板成本提升PCB板性能,接下來(lái)深圳PCB設(shè)計(jì)公司-深圳宏力捷電子教你如何做好PCB層疊設(shè)計(jì)。
 
深圳PCB設(shè)計(jì)公司
 
1. PCB層疊設(shè)計(jì)的定義及添加
 
對(duì)高速多層板來(lái)說(shuō),默認(rèn)的兩層設(shè)計(jì)無(wú)法滿(mǎn)足布線(xiàn)信號(hào)質(zhì)量及走線(xiàn)密度要求,這個(gè)時(shí)候需要對(duì)PCB層疊進(jìn)行添加,以滿(mǎn)足電路板設(shè)計(jì)的要求。
 
2. PCB層疊設(shè)計(jì)的正片層與負(fù)片層
 
正片層就是平常用于走線(xiàn)的信號(hào)層(直觀(guān)上看到的地方就是銅線(xiàn)),可以用“線(xiàn)”“銅皮”等進(jìn)行大塊鋪銅與填充操作,如圖1所示。
 
正片層
 
圖1  正片層
 
負(fù)片層則正好相反,即默認(rèn)鋪銅,就是生成一個(gè)負(fù)片層之后整一層就已經(jīng)被鋪銅了,走線(xiàn)的地方是分割線(xiàn),沒(méi)有銅存在。要做的事情就是分割鋪銅,再設(shè)置分割后的鋪銅的網(wǎng)絡(luò)即可,如圖2所示。
 
負(fù)片層
 
圖2  負(fù)片層
 
3. 內(nèi)電層的分割實(shí)現(xiàn)
 
在Protel版本中,內(nèi)電壓是用“分裂”來(lái)分割的,而現(xiàn)在用的版本Altium Designer 19直接用“線(xiàn)條”、快捷鍵“PL”來(lái)分割。分割線(xiàn)不宜太細(xì),可以選擇15mil及以上。分割鋪銅時(shí),只要用“線(xiàn)條”畫(huà)一個(gè)封閉的多邊形框,再雙擊框內(nèi)鋪銅設(shè)置網(wǎng)絡(luò)即可,如圖3所示。
 
雙擊給予網(wǎng)絡(luò)
 
圖3  雙擊給予網(wǎng)絡(luò)
 
正、負(fù)片都可以用于內(nèi)電層,正片通過(guò)走線(xiàn)和鋪銅也可以實(shí)現(xiàn)。負(fù)片的好處在于默認(rèn)大塊鋪銅填充,再進(jìn)行添加過(guò)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(jì)算的時(shí)間。中間層用電源層和GND層(也稱(chēng)地層、地線(xiàn)層、接地層)時(shí),層面上大多是大塊鋪銅,這樣用負(fù)片的優(yōu)勢(shì)就很明顯。
 
4. PCB層疊設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)
 
隨著高速電路的不斷涌現(xiàn),PCB的復(fù)雜度也越來(lái)越高,為了避免電氣因素的干擾,信號(hào)層和電源層必須分離,所以就牽涉到多層PCB的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)多層PCB之前,設(shè)計(jì)者需要首先根據(jù)電路的規(guī)模、電路板的尺寸和電磁兼容(EMC)的要求來(lái)確定所采用的電路板結(jié)構(gòu),也就是決定采用4層、6層,還是更多層數(shù)的電路板。這就是設(shè)計(jì)多層板的一個(gè)簡(jiǎn)單概念。
 
確定層數(shù)之后,再確定內(nèi)電層的放置位置及如何在這些層上分布不同的信號(hào)。這就是多層PCB層疊結(jié)構(gòu)的選擇問(wèn)題。層疊結(jié)構(gòu)是影響PCB的EMC性能的一個(gè)重要因素,一個(gè)好的層疊設(shè)計(jì)方案將會(huì)大大減小電磁干擾(EMI)及串?dāng)_的影響。
 
板的層數(shù)不是越多越好,也不是越少越好,確定多層PCB的層疊結(jié)構(gòu)需要考慮較多的因素。從布線(xiàn)方面來(lái)說(shuō),層數(shù)越多越利于布線(xiàn),但是制板成本和難度也會(huì)隨之增加。對(duì)生產(chǎn)廠(chǎng)家來(lái)說(shuō),層疊結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)與否是PCB制造時(shí)需要關(guān)注的焦點(diǎn)。所以,層數(shù)的選擇需要考慮各方面的需求,以達(dá)到最佳的平衡。
 
對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的PCB設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō),在完成元件的預(yù)布局后,會(huì)對(duì)PCB的布線(xiàn)瓶頸處進(jìn)行重點(diǎn)分析,再綜合有特殊布線(xiàn)要求的信號(hào)線(xiàn)(如差分線(xiàn)、敏感信號(hào)線(xiàn)等)的數(shù)量和種類(lèi)來(lái)確定信號(hào)層的層數(shù),然后根據(jù)電源的種類(lèi)、隔離和抗干擾的要求來(lái)確定內(nèi)電層的層數(shù)。這樣,整個(gè)電路板的層數(shù)就基本確定了。
 
5. 常見(jiàn)的PCB層疊設(shè)計(jì)
 
確定了電路板的層數(shù)后,接下來(lái)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(jiàn)的4層板和6層板的層疊結(jié)構(gòu)。
 
常見(jiàn)的4層板的層疊結(jié)構(gòu)
 
圖4  常見(jiàn)的4層板的層疊結(jié)構(gòu)
 
 
常見(jiàn)的4層板的層疊結(jié)構(gòu)
 
圖5  常見(jiàn)的6層板的層疊結(jié)構(gòu)
 
6. PCB層疊設(shè)計(jì)分析
 
怎么層疊?哪樣層疊更好?一般遵循以下幾點(diǎn)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(wú)相鄰平行布線(xiàn)層。
③ 所有信號(hào)層盡可能與地平面相鄰。
④ 關(guān)鍵信號(hào)與地層相鄰,不跨分割區(qū)。
可以根據(jù)以上原則,對(duì)如圖4和圖5所示的常見(jiàn)的層疊方案進(jìn)行分析,分析情況如下。
 
(1)3種常見(jiàn)的4層板的層疊方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表8-1所示。
 
3種常見(jiàn)的4層板的層疊方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比
 
(2)4種常見(jiàn)的6層板的層疊方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表8-2所示。
 
4種常見(jiàn)的6層板的層疊方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比
 
通過(guò)方案1到方案4的對(duì)比發(fā)現(xiàn),在優(yōu)先考慮信號(hào)的情況下,選擇方案3和方案4會(huì)明顯優(yōu)于前面兩種方案。但是在實(shí)際設(shè)計(jì)中,產(chǎn)品都是比較在乎成本的,然后又因?yàn)椴季€(xiàn)密度大,通常會(huì)選擇方案1來(lái)做層疊結(jié)構(gòu),所以在布線(xiàn)的時(shí)候一定要注意相鄰兩個(gè)信號(hào)層的信號(hào)交叉布線(xiàn),盡量讓串?dāng)_降到最低。
 
(3)常見(jiàn)的8層板的層疊推薦方案如圖6所示,優(yōu)選方案1和方案2,可用方案3。
 
常見(jiàn)的8層板的層疊推薦方案
 
圖6  常見(jiàn)的8層板的層疊推薦方案
 
7. 層的添加及編輯
 
確認(rèn)層疊方案之后,如何在Altium Designer當(dāng)中進(jìn)行層的添加操作呢?下面簡(jiǎn)單舉例說(shuō)明如下。
 
(1)執(zhí)行菜單命令“設(shè)計(jì)-層疊管理器”或者按快捷鍵“DK”,進(jìn)入如圖7所示的層疊管理器,進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置。
 
層疊管理器
 
圖7  層疊管理器
 
(2)單擊鼠標(biāo)右鍵,執(zhí)行“Insert layer above”或“Insert layer below”命令,可以進(jìn)行添加層操作,可添加正片或負(fù)片;執(zhí)行“Move layer up”或“Move layer down”命令,可以對(duì)添加的層順序進(jìn)行調(diào)整。
 
(3)雙擊相應(yīng)的名稱(chēng),可以更改名稱(chēng),,一般可以改為T(mén)OP、GND02、SIN03、SIN04、PWR05、BOTTOM這樣,即采用“字母+層序號(hào)(Altium Designer 19自帶這個(gè)功能)”,這樣方便讀取識(shí)別。
 
(4)根據(jù)層疊結(jié)構(gòu)設(shè)置板層厚度。
 
(5)為了滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的20H,可以設(shè)置負(fù)片層的內(nèi)縮量。
 
(6)單擊“OK”按鈕,完成層疊設(shè)置。一個(gè)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(hào)層采取正片的方式處理,電源層和地線(xiàn)層采取負(fù)片的方式處理,可以在很大程度上減小文件數(shù)據(jù)量的大小和提高設(shè)計(jì)的速度。
 
深圳宏力捷電子PCB設(shè)計(jì)能力
深圳宏力捷電子PCB設(shè)計(jì)
最高信號(hào)設(shè)計(jì)速率:10Gbps CML差分信號(hào);
最高PCB設(shè)計(jì)層數(shù):40層;
最小線(xiàn)寬:2.4mil;
最小線(xiàn)間距:2.4mil;
最小BGA PIN 間距:0.4mm;
最小機(jī)械孔直徑:6mil;
最小激光鉆孔直徑:4mil;
最大PIN數(shù)目:;63000+
最大元件數(shù)目:3600;
最多BGA數(shù)目:48+。


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