PCB设计：层数设计的关键要点

大家好，我是阿星

今天和大家聊一下PCB设计中层数的设计;

在PCB的EMC设计考虑中，首先涉及的便是层的设置;单板的层数由电源、地的层数和信号层数组成;电源层、地层、信号层的相对位置以及电源、地平面的分割对单板的EMC指标至关重要。

根据单板的电源、地的种类、信号密度、板级工作频率、有特殊布线要求的信号数量，以及综合单板的性能指标要求与成本承受能力，确定单板的层数;对于EMC指标要求苛刻(如：产品需认证CISPR16CLASSB)而相对成本能承受的情况下，适当增加地平面乃是PCB的EMC设计的杀手锏之一。

1、VCC/GND的层数

单板电源的层数由其种类数量决定;对于单一电源供电的PCB，一个电源平面足够了;对于多种电源，若互不交错，可考虑采取电源层分割(保证相邻层的关键信号布线不跨分割区);对于电源互相交错(尤其是象8260等IC，多种电源供电，且互相交错)的单板，则必须考虑采用2个或以上的电源平面，每个电源平面的设置需满足以下条件：·单一电源或多种互不交错的电源;·相邻层的关键信号不跨分割区;地的层数除满足电源平面的要求外，还要考虑：·元件面下面(第2层或倒数第2层)有相对完整的地平面;·高频、高速、时钟等关键信号有一相邻地平面;·关键电源有一对应地平面相邻(如48V与BGND相邻)。

2、电源层、地层、信号层的相对位置

VCC、GND平面的阻抗以及电源、地之间的EMC环境问题

电源、地平面存在自身的特性阻抗，电源平面的阻抗比地平面阻抗高;为降低电源平面的阻抗，尽量将PCB的主电源平面与其对应的地平面相邻排布并且尽量靠近，利用两者的耦合电容，降低电源平面的阻抗;电源地平面构成的平面电容与PCB上的退耦电容一起构成频响曲线比较复杂的电源地电容，它的有效退耦频带比较宽，(但存在谐振问题)。

3、VCC、GND作为参考平面，两者的作用和区别

电源、地平面均能用作参考平面，且有一定的屏蔽作用;但相对而言，电源平面具有较高的特性阻抗，与参考电平存在较大的电位势差;从屏蔽的角度，地平面一般均作了接地处理，并作为基准电平参考点，其屏蔽效果远远优于电源平面;在选择参考平面时，应优选地平面。

对于电源、地的层数以及信号层数确定后，它们之间的相对排布位置是每一个EMC工程师都不能回避的话题;单板层的排布一般原则：a.元件面下面(第二层)为地平面，提供器件屏蔽层以及为顶层布线提供参考平面;b.所有信号层尽可能与地平面相邻;c.尽量避免两信号层直接相邻;d.主电源尽可能与其对应地相邻;e.兼顾层压结构对称。

对于母板的层排布，鉴于我司现有母板很难控制平行长距离布线，对于板级工作频率在50MHZ以上的(50MHZ以下的情况可参照，适当放宽)，建议排布原则：a.元件面、焊接面为完整的地平面(屏蔽);b.无相邻平行布线层;c.所有信号层尽可能与地平面相邻;d.关键信号与地层相邻，不跨分割区。

此方案为CAD室现行四层PCB的主选层设置方案，在元件面下有一地平面，关键信号优选布TOP层;至于层厚设置，有以下建议：

·满足阻抗控制

芯板(GND到POWER)不宜过厚，以降低电源、地平面的分布阻抗;保证电源平面的去藕效果;

为了达到一定的屏蔽效果，有人试图把电源、地平面放在TOP、BOTTOM层，即采用方案

此方案为了达到想要的屏蔽效果，至少存在以下缺陷：·电源、地相距过远，电源平面阻抗较大·电源、地平面由于元件焊盘等影响，极不完整·由于参考面不完整，信号阻抗不连续实际上，由于我司大量采用表贴器件，对于器件越来越密的情况下，本方案的电源、地几乎无法作为完整的参考平面，预期的屏蔽效果很难实现;

审核编辑：汤梓红