如@@何设计@@多层@@@@@@PCB层@@叠结@@构@@?

在@@设计@@多层@@@@@@PCB电路板@@之前@@,设计@@者需要首先根据电路的@@规模@@、电路板@@的@@尺寸和@@电磁兼容@@(EMC)的@@要求来确定所采用的@@电路板@@结@@构@@,也就是@@决定采用@@4层@@,6层@@,还是更多层@@@@数的@@电路板@@@@。确定层@@数之后@@,再确定内电层@@@@的@@放置位置以@@及@@如@@何在@@这些层@@上分布不同的@@信号@@。这就是多层@@@@@@PCB层@@叠结@@构@@的@@选择@@@@问题@@。层@@叠结@@构@@是影响@@PCB板@@EMC性能的@@一个@@重要因素@@,也是@@抑制电磁干扰的@@一个@@重要手段@@。本@@节将介绍多层@@@@@@PCB板@@层@@叠结@@构@@的@@相关内容@@。 

11.1.1 层@@数的@@选择@@和@@叠加原则@@ 

确定多层@@@@@@PCB板@@的@@层@@叠结@@构@@需要考虑较多的@@因素@@。从布线方面来说@@,层@@数越多越利于布线@@,但是@@制板@@成本@@和@@难度也会随之增加@@。对于生产厂家来说@@,层@@叠结@@构@@对称与@@否是@@PCB板@@制造时@@需要关注的@@焦点@@,所以@@层@@数的@@选择@@需要考虑各方面的@@需求@@,以@@达到最佳的@@平衡@@。 

对于有经验的@@设计@@人员来说@@,在@@完成@@元器件的@@预布局后@@,会对@@PCB的@@布线瓶颈处进行重点分析@@。结@@合其他@@EDA工具分析电路板@@的@@布线@@密度@@;再综合有特殊布线要求@@的@@信号线@@如@@差分线@@、敏感信号线@@等的@@数量和@@种类来确定信号层@@@@的@@层@@数@@;然后根据电源@@的@@种类@@、隔离和@@抗干扰的@@要求来确定内电层@@@@的@@数目@@。这样@@,整个@@电路板@@的@@板@@层@@数目就基本@@确定了@@。 

确定了电路板@@的@@层@@数后@@,接下来的@@工作便是合理地排列各层@@电路的@@放置顺序@@。在@@这一步骤中@@,需要考虑的@@因素主要有以@@下两点@@。 

(1)特殊信号层@@@@@@的@@分布@@。 

(2)电源@@层@@和@@地层@@@@的@@分布@@。 

如@@果电路板@@的@@层@@数越多@@,特殊信号层@@@@@@、地层@@@@和@@电源@@层@@的@@排列组合的@@种类也就越多@@,如@@何来确定哪种组合方式最优也越困难@@,但总的@@原则有以@@下几条@@。 

(1)信号层@@@@应该与@@一个@@内电层@@@@相邻@@@@(内部电源@@@@/地层@@@@),利用内电层@@@@的@@大铜膜来为@@信号层@@@@提供屏蔽@@。 

(2)内部电源@@@@层@@和@@地层@@@@之间应该紧密耦合@@,也就是@@说@@,内部电源@@@@层@@和@@地层@@@@之间的@@介质厚@@度应该取较小@@的@@值@@,以@@提高@@电源@@层@@和@@地层@@@@之间的@@电容@@,增大谐振频率@@。内部电源@@@@层@@和@@地层@@@@之间的@@介质厚@@度可以@@在@@@@Protel的@@Layer Stack Manager(层@@堆栈管理器@@)中进行设置@@。选择@@【Design】/【Layer Stack Manager…】命令@@,系统弹出层@@堆栈管理器@@对话框@@@@,用鼠标双击@@@@Prepreg文本@@@@,弹出如@@图@@@@@@11-1所示@@对话框@@@@,可在@@该对话框@@的@@@@Thickness选项@@中改变绝缘层@@的@@厚@@度@@。

可在@@该对话框@@的@@@@Thickness选项@@中改变绝缘层@@的@@厚@@度@@

如@@果电源@@和@@地线之间的@@电位差不大的@@话@@,可以@@采用较小@@的@@绝缘层@@厚@@度@@,例如@@@@5mil(0.127mm)。 

(3)电路中的@@高速信号传输层@@应该是信号中间层@@@@@@,并且夹在@@两个@@内电层@@@@之间@@。这样@@两个@@内电层@@@@的@@铜膜可以@@为@@高速信号传输提供电磁屏蔽@@,同时@@@@也能有效地将高速信号的@@辐射限制在@@两个@@内电层@@@@之间@@,不对外@@造成干扰@@。 

(4)避免两个@@信号层@@@@直接相邻@@@@@@@@。相邻@@的@@信号层@@@@之间容易引入串扰@@,从而@@导致电路功能失效@@。在@@两信号层@@@@之间加入地平面可以@@有效地避免串扰@@。 

(5)多个@@接地的@@内电层@@@@可以@@有效地降低接地阻抗@@。例如@@@@,A信号层@@@@和@@@@B信号层@@@@采用各自单独的@@地平面@@,可以@@有效地降低共模干扰@@。 

(6)兼顾层@@结@@构的@@对称性@@。 

11.1.2 常用的@@层@@叠结@@构@@@@ 

下面通过@@4层@@板@@的@@例子来说明如@@何优选各种层@@叠结@@构@@的@@排列组合方式@@。 

对于常用的@@@@4层@@板@@来说@@,有以@@下几种层@@叠方式@@(从顶层@@到底层@@@@)。 
(1)Siganl_1(Top),GND(Inner_1),POWER(Inner_2),Siganl_2(Bottom)。 
(2)Siganl_1(Top),POWER(Inner_1),GND(Inner_2),Siganl_2(Bottom)。 
(3)POWER(Top),Siganl_1(Inner_1),GND(Inner_2),Siganl_2(Bottom)。 

显然@@,方案@@3电源@@层@@和@@地层@@@@缺乏有效的@@耦合@@,不应该被采用@@。 

那么方案@@@@1和@@方案@@@@2应该如@@何进行选择@@呢@@?一般情况下@@,设计@@人员都会选择@@方案@@@@1作为@@@@4层@@板@@的@@结@@构@@。选择@@的@@原因并非方案@@@@2不可被采用@@,而@@是一般的@@@@PCB板@@都只在@@顶层@@放置元器件@@,所以@@采用方案@@@@1较为@@妥当@@。但是@@当在@@顶层@@和@@底层@@@@都需要放置元器件@@,而@@且内部电源@@@@层@@和@@地层@@@@之间的@@介质厚@@度较大@@,耦合不佳时@@@@,就需要考虑哪一层@@布置的@@信号线@@较少@@。对于方案@@@@1而@@言@@,底层@@的@@信号线@@较少@@,可以@@采用大面积的@@铜膜来与@@@@POWER层@@耦合@@;反之@@,如@@果元器件主要布置在@@底层@@@@@@,则应该选用方案@@@@2来制板@@@@。 

如@@果采用如@@图@@@@@@11-1所示@@的@@@@层@@叠结@@构@@@@,那么电源@@层@@和@@地线层@@本@@身就已经耦合@@,考虑对称性的@@要求@@,一般采用方案@@@@1。 

在@@完成@@4层@@板@@的@@层@@叠结@@构@@分析后@@,下面通过@@一个@@@@6层@@板@@组合方式的@@例子来说明@@6层@@板@@层@@叠结@@构@@的@@排列组合方式和@@优选方法@@。 

(1)Siganl_1(Top),GND(Inner_1),Siganl_2(Inner_2),Siganl_3(Inner_3),POWER(Inner_4),Siganl_4(Bottom)。 

方案@@1采用了@@4层@@信号层@@@@和@@@@@@2层@@内部电源@@@@@@/接地层@@@@@@,具有较多的@@信号层@@@@@@,有利于元器件之间的@@布线工作@@,但是@@该方案@@的@@缺陷也较为@@明显@@,表@@现为@@以@@下两方面@@。 

① 电源@@层@@和@@地线层@@分隔较远@@,没有充分耦合@@。 
② 信号层@@@@Siganl_2(Inner_2)和@@Siganl_3(Inner_3)直接相邻@@@@,信号隔离性不好@@,容易发生串扰@@。 
(2)Siganl_1(Top),Siganl_2(Inner_1),POWER(Inner_2),GND(Inner_3),Siganl_3(Inner_4),Siganl_4(Bottom)。 

方案@@2相对于方案@@@@@@1,电源@@层@@和@@地线层@@有了充分的@@耦合@@,比方案@@@@1有一定的@@优势@@,但是@@Siganl_1(Top)和@@Siganl_2(Inner_1)以@@及@@Siganl_3(Inner_4)和@@Siganl_4(Bottom)信号层@@@@直接相邻@@@@@@,信号隔离不好@@,容易发生串扰@@的@@问题并没有得到解决@@。 

(3)Siganl_1(Top),GND(Inner_1),Siganl_2(Inner_2),POWER(Inner_3),GND(Inner_4),Siganl_3(Bottom)。 
相对于方案@@@@@@1和@@方案@@@@2,方案@@3减少了一个@@信号层@@@@@@,多了一个@@内电层@@@@@@,虽然可供布线的@@层@@面减少了@@,但是@@该方案@@解决了方案@@@@1和@@方案@@@@2共有的@@缺陷@@。 

① 电源@@层@@和@@地线层@@紧密耦合@@。 
② 每个@@信号层@@@@都与@@内电层@@@@直接相邻@@@@@@,与@@其他信号层@@@@均有有效的@@隔离@@,不易发生串扰@@。 
③ Siganl_2(Inner_2)和@@两个@@内电层@@@@@@GND(Inner_1)和@@POWER(Inner_3)相邻@@,可以@@用来传输高速信号@@。两个@@内电层@@@@可以@@有效地屏蔽外@@界对@@Siganl_2(Inner_2)层@@的@@干扰和@@@@Siganl_2(Inner_2)对外@@界的@@干扰@@。 

综合各个@@方面@@,方案@@3显然@@是最优化的@@一种@@,同时@@@@,方案@@3也是@@6层@@板@@常用的@@层@@叠结@@构@@@@@@。 
通过对以@@上两个@@例子的@@分析@@,相信读者已经对层@@叠结@@构@@有了一定的@@认识@@,但是@@在@@@@有些时@@候@@,某一个@@方案@@并不能满足所有的@@要求@@,这就需要考虑各项设计@@原则@@的@@优先级问题@@。遗憾的@@是由于@@ 

电路板@@的@@板@@层@@设计@@和@@实际电路的@@特点密切相关@@,不同电路的@@抗干扰性能和@@设计@@侧重点各有所不同@@,所以@@事实上这些原则并没有确定的@@优先级可供参考@@。但可以@@确定的@@是@@,设计@@原则@@2(内部电源@@@@层@@和@@地层@@@@之间应该紧密耦合@@)在@@设计@@时@@需要首先得到满足@@,另外@@@@如@@果电路中需要传输高速信号@@,那么设计@@原则@@@@3(电路中的@@高速信号传输层@@应该是信号中间层@@@@@@,并且夹在@@两个@@内电层@@@@之间@@)就必须得到满足@@。表@@11-1给出了多层@@@@板@@层@@叠结@@构@@的@@参考方案@@@@@@,供读者参考@@。

多层@@@@板@@层@@叠结@@构@@的@@参考方案@@@@

11.2.1 元器件布局的@@一般原则@@ 

设计@@人员在@@电路板@@布局过程中需要遵循的@@一般原则如@@下@@。 

(1)元器件最好单面放置@@。如@@果需要双面放置元器件@@,在@@底层@@@@(Bottom Layer)放置插针式元器件@@,就有可能造成电路板@@不易安放@@,也不利于焊接@@,所以@@在@@@@底层@@@@@@(Bottom Layer)最好只放置贴片元器件@@,类似常见的@@计算机显卡@@PCB板@@上的@@元器件布置方法@@。单面放置时@@只需在@@电路板@@的@@一个@@面上做丝印层@@@@,便于降低成本@@@@。 

(2)合理安排接口元器件的@@位置@@和@@方向@@。一般来说@@,作为@@@@电路板@@和@@外@@界@@(电源@@、信号线@@)连接的@@连接器元器件@@,通常布置在@@电路板@@的@@边缘@@,如@@串口和@@并口@@。如@@果放置在@@电路板@@的@@中央@@,显然@@不利于接线@@,也有可能因为@@其他元器件的@@阻碍而@@无法连接@@。另外@@@@在@@放置接口时@@要注意接口的@@方向@@,使得连接线可以@@顺利地引出@@,远离电路板@@@@。接口放置完毕后@@,应当利用接口元器件的@@@@String(字符串@@)清晰地标明接口的@@种类@@;对于电源@@类接口@@,应当标明电压等级@@,防止因接线错误导致电路板@@烧毁@@。 

(3)高压元器件和@@低压元器件之间最好要有较宽的@@电气隔离带@@。也就是@@说@@不要将电压等级相差很大的@@元器件摆放在@@一起@@,这样@@既有利于电气绝缘@@,对信号的@@隔离和@@抗干扰也有很大好处@@。 

(4)电气连接关系密切的@@元器件最好放置在@@一起@@。这就是模块化的@@布局思想@@。 

(5)对于易产生噪声的@@元器件@@,例如@@@@时@@钟发生器和@@晶振@@等高频器件@@,在@@放置的@@时@@候应当尽量把它们放置在@@靠近@@CPU的@@时@@钟输入端@@。大电流电路和@@开关电路也容易产生噪声@@,在@@布局的@@时@@候这些元器件或@@模块也应该远离逻辑控制电路和@@存储电路等高速信号电路@@,如@@果可能的@@话@@,尽量采用控制板@@结@@合功率板@@的@@方式@@,利用接口来连接@@,以@@提高@@电路板@@整体的@@抗干扰能力和@@工作可靠性@@。 

(6)在@@电源@@和@@芯片周围尽量放置去耦电容和@@滤波电容@@。去耦电容和@@滤波电容的@@布置是改善电路板@@电源@@质量@@,提高@@抗干扰能力的@@一项重要措施@@。在@@实际应用中@@,印制电路板@@的@@走线@@、引脚连线和@@接线都有可能带来较大的@@寄生电感@@,导致电源@@波形和@@信号波形中出现高频纹波和@@毛刺@@,而@@在@@电源@@和@@地之间放置一个@@@@0.1F的@@去耦电容@@可以@@有效地滤除这些高频纹波和@@毛刺@@。如@@果电路板@@上使用的@@是贴片电容@@,应该将贴片电容紧靠元器件的@@电源@@引脚@@。对于电源@@转换芯片@@,或@@者电源@@输入端@@,最好是布置一个@@@@10F或@@者更大的@@电容@@,以@@进一步改善电源@@质量@@。 

(7)元器件的@@编号应该紧靠元器件的@@边框布置@@,大小@@统一@@,方向整齐@@,不与@@元器件@@、过孔和@@焊盘@@重叠@@。元器件或@@接插件的@@第@@1引脚表@@示方向@@;正负极的@@标志应该在@@@@PCB上明显标出@@,不允许被覆盖@@;电源@@变换元器件@@(如@@DC/DC变换器@@,线性变换电源@@和@@开关电源@@@@)旁应该有足够的@@散热空间@@和@@安装空间@@@@,外@@围留有足够的@@焊接空间@@等@@。 

11.2.2 元器件布线的@@一般原则@@ 

设计@@人员在@@电路板@@布线过程中需要遵循的@@一般原则如@@下@@。 

(1)元器件印制走线的@@间距的@@设置原则@@。不同网@@络@@之间的@@间距约束是由电气绝缘@@、制作工艺和@@@@188足彩外@@围@@app 大小@@等因素决定的@@@@。例如@@@@一个@@芯片@@188足彩外@@围@@app 的@@引脚间距是@@8mil,则该芯片的@@@@【Clearance Constraint】就不能设置为@@@@10mil,设计@@人员需要给该芯片单独设置一个@@@@6mil的@@设计@@规则@@。同时@@@@,间距的@@设置还要考虑到生产厂家的@@生产能力@@。 

另外@@@@,影响元器件的@@一个@@重要因素是电气绝缘@@,如@@果两个@@元器件或@@网@@络@@的@@电位差较大@@,就需要考虑电气绝缘问题@@。一般环境中的@@间隙安全电压为@@@@200V/mm,也就是@@5.08V/mil。所以@@当同一块电路板@@上既有高压电路又有低压电路时@@@@,就需要特别注意足够的@@安全间距@@。 

(2)线路拐角走线形式的@@选择@@@@。为@@了让电路板@@便于制造和@@美观@@,在@@设计@@时@@需要设置线路的@@拐角模式@@@@,可以@@选择@@@@45°、90°和@@圆弧@@。一般不采用尖锐的@@拐角@@,最好采用圆弧过渡@@或@@@@45°过渡@@,避免采用@@90°或@@者更加尖锐的@@拐角过渡@@@@。 

导线和@@焊盘@@之间的@@连接处也要尽量圆滑@@,避免出现小@@的@@尖脚@@,可以@@采用补泪滴的@@方法来解决@@。当焊盘@@之间的@@中心距离小@@于一个@@焊盘@@的@@外@@径@@D时@@,导线的@@宽度可以@@和@@焊盘@@的@@直径相同@@;如@@果焊盘@@之间的@@中心距大于@@D,则导线的@@宽度就不宜大于焊盘@@的@@直径@@。 

导线通过两个@@焊盘@@之间而@@不与@@其连通的@@时@@候@@,应该与@@它们保持最大且相等的@@间距@@,同样导线和@@导线之间的@@间距也应该均匀相等并保持最大@@。 

(3)印制走线宽度的@@确定方法@@。走线宽度是由导线流过的@@电流@@等级和@@抗干扰等因素决定的@@@@,流过电流越大@@,则走线应该越宽@@。一般电源@@线就应该比信号线@@宽@@。为@@了保证地电位的@@稳定@@(受地电流大小@@变化影响小@@@@),地线也应该较宽@@。实验证明@@:当印制导线的@@铜膜厚@@度@@ 

为@@0.05mm时@@,印制导线的@@载流量可以@@按@@照@@20A/mm2进行计算@@,即@@0.05mm厚@@,1mm宽的@@导线可以@@流过@@1A的@@电流@@。所以@@对于一般的@@信号线@@来说@@10~30mil的@@宽度就可以@@满足要求了@@;高电压@@,大电流的@@信号线@@线宽大于等于@@40mil,线间间距大于@@30mil。为@@了保证导线的@@抗剥离强度和@@工作可靠性@@,在@@板@@面积和@@密度允许的@@范围内@@,应该采用尽可能宽的@@导线来降低线路阻抗@@,提高@@抗干扰性能@@。 

对于电源@@线和@@地线的@@宽度@@,为@@了保证波形的@@稳定@@,在@@电路板@@布线空间@@允许的@@情况下@@,尽量加粗@@,一般情况下@@至少需要@@50mil。 

(4)印制导线的@@抗干扰和@@电磁屏蔽@@。导线上的@@干扰主要有导线之间引入的@@干扰@@、电源@@线引入的@@干扰和@@信号线@@之间的@@串扰等@@,合理安排和@@布置走线及接地方式可以@@有效减少干扰源@@@@,使设计@@出的@@电路板@@具备@@更好的@@电磁兼容性能@@。 

对于高频或@@者其他一些重要的@@信号线@@@@,例如@@@@时@@钟信号线@@@@,一方面其走线要尽量宽@@,另一方面可以@@采取包地的@@形式使其与@@周围的@@信号线@@隔离起来@@@@(就是用一条封闭的@@地线将信号线@@@@“包裹@@”起来@@,相当于加一层@@接地屏蔽层@@@@)。 

对于模拟地和@@数字地要分开布线@@,不能混用@@。如@@果需要最后将模拟地和@@数字地统一为@@一个@@电位@@,则通常应该采用一点接地的@@方式@@,也就是@@只选取一点将模拟地和@@数字地连接起来@@@@,防止构成地线环路@@,造成地电位偏移@@。 

完成布线后@@,应在@@顶层@@和@@底层@@@@没有铺设导线的@@地方敷以@@大面积的@@接地铜膜@@,也称为@@敷铜@@,用以@@有效减小@@@@地线阻抗@@,从而@@削弱地线中的@@高频信号@@,同时@@@@大面积的@@接地可以@@对电磁干扰起抑制作用@@。 

电路板@@中的@@一个@@过孔会带来大约@@10pF的@@寄生电容@@,对于高速电路来说尤其有害@@;同时@@@@,过多的@@过孔也会降低电路板@@的@@机械强度@@。所以@@在@@@@布线时@@@@,应尽可能减少过孔的@@数量@@。另外@@@@,在@@使用穿透式的@@过孔@@(通孔@@)时@@,通常使用焊盘@@来代替@@。这是因为@@在@@@@电路板@@制作时@@@@,有可能因为@@加工的@@原因导致某些穿透式的@@过孔@@(通孔@@)没有被打穿@@,而@@焊盘@@在@@加工时@@肯定能够被打穿@@,这也相当于给制作带来了方便@@。 

以@@上就是@@PCB板@@布局和@@布线的@@一般原则@@,但在@@实际操作中@@,元器件的@@布局和@@布线仍然是一项很灵活的@@工作@@,元器件的@@布局方式和@@连线方式并不唯一@@,布局布线的@@结@@果很大程度上还是取决于设计@@人员的@@经验和@@思路@@。可以@@说@@,没有一个@@标准可以@@评判布局和@@布线方案@@的@@对与@@错@@,只能比较相对的@@优和@@劣@@。所以@@以@@上布局和@@布线原则仅作为@@@@设计@@参考@@,实践才是评判优劣的@@唯一标准@@。 

11.2.3 多层@@@@PCB板@@布局和@@布线的@@特殊要求@@ 

相对于简单的@@单层@@板@@和@@双层@@板@@@@,多层@@@@PCB板@@的@@布局@@和@@布线有其独特的@@要求@@。 

对于多层@@@@@@PCB板@@的@@布局@@,归纳起来@@就是要合理安排使用不同电源@@和@@地类型元器件的@@布局@@。其目的@@一是为@@了给后面的@@内电层@@@@的@@分割带来便利@@,同时@@@@也可以@@有效地提高@@元器件之间的@@抗干扰能力@@。 

所谓合理安排使用不同电源@@和@@地类型元器件的@@布局@@,就是将使用相同电源@@等级和@@相同类型地的@@元器件尽量放在@@一起@@。例如@@@@当电路原理图@@上有@@+3.3V、+5V、−5V、+15V、−15V等多个@@电压等级时@@@@,设计@@人员应该将使用同一电压等级的@@元器件集中放置在@@电路板@@的@@某一个@@区域@@。当然这个@@布局原则并不是布局的@@唯一标准@@,同时@@@@还需要兼顾其他的@@布局原则@@(双层@@板@@布局的@@一般原则@@),这就需要设计@@人员根据实际需求来综合考虑各种因素@@,在@@满足其他布局原则的@@基础上@@,尽量将使用相同电源@@等级和@@相同类型地的@@元器件放在@@一起@@。对于多层@@@@@@PCB板@@的@@布线@@,归纳起来@@就是一点@@:先走信号线@@@@,后走电源@@线@@。这是因为@@多层@@@@板@@的@@电源@@和@@地通常都通过连接内电层@@@@来实现@@。这样@@做的@@好处是可以@@简化信号层@@@@的@@走线@@,并且通过内电层@@@@这种大面积铜膜连接的@@方式来有效降低接地阻抗和@@电源@@等效内阻@@,提高@@电路的@@抗干扰能力@@;同时@@@@,大面积铜膜所允许通过的@@最大电流也加大了@@。 

一般情况下@@,设计@@人员需要首先合理安排使用不同电源@@和@@地类型元器件的@@布局@@,同时@@@@兼顾其他布局原则@@,然后按照前面章@@节所介绍的@@方法对元器件进行布线@@(只布信号线@@@@),完成后分割内电层@@@@@@,确定内电层@@@@各部分的@@网@@络@@标号@@,最后通过内电层@@@@和@@信号层@@@@上的@@过孔和@@焊盘@@来进行连接@@。焊盘@@和@@过孔在@@通过内电层@@@@时@@@@,与@@其具有相同网@@络@@标号的@@焊盘@@或@@过孔会通过一些未被腐蚀的@@铜膜连接到内电层@@@@@@,而@@不属于该网@@络@@的@@焊盘@@周围的@@铜膜会被完全腐蚀掉@@,也就是@@说@@不会与@@该内电层@@@@导通@@。 

11.3 中间层@@@@创建与@@设置@@ 

中间层@@@@,就是在@@@@PCB板@@顶层@@和@@底层@@@@之间的@@层@@@@,其结@@构参见图@@@@11-1,读者可以@@参考图@@中的@@标注进行理解@@。那中间层@@@@在@@制作过程中是如@@何实现的@@呢@@?简单地说多层@@@@板@@就是将多个@@单层@@板@@和@@双层@@板@@压制而@@成@@,中间层@@@@就是原先单层@@板@@和@@双层@@板@@的@@顶层@@或@@底层@@@@。在@@PCB板@@的@@制作过程@@中@@,首先需要在@@@@一块基底材料@@(一般采用合成树脂材料@@)的@@两面敷上铜膜@@,然后通过光绘等工艺将图@@纸中的@@导线连接关系转换到印制板@@的@@板@@材上@@(对图@@纸中的@@印制导线@@、焊盘@@和@@过孔覆膜加以@@保护@@,防止这些部分的@@铜膜在@@接下来的@@腐蚀工艺中被腐蚀@@),再通过化学腐蚀的@@方式@@(以@@FeCl3或@@H2O2为@@主要成分的@@腐蚀液@@)将没有覆膜保护部分的@@铜膜腐蚀掉@@,最后完成钻孔@@,印制丝印层@@等后期处理工作@@,这样@@一块@@PCB板@@就基本@@制作完成了@@。同理@@,多层@@@@PCB板@@就是在@@@@多个@@板@@层@@完成后再采取压制工艺将其压制成一块电路板@@@@,而@@且为@@了减少成本@@和@@过孔干扰@@,多层@@@@PCB板@@往往并不比双层@@板@@和@@单层@@板@@厚@@多少@@,这就使得组成多层@@@@@@PCB板@@的@@板@@层@@相对于普通的@@双层@@板@@和@@单层@@板@@往往厚@@度更小@@@@,机械强度更低@@,导致对加工的@@要求更高@@。所以@@多层@@@@@@PCB板@@的@@制作费用相对于普通的@@双层@@板@@和@@单层@@板@@就要昂贵许多@@。 

但由于中间层@@@@的@@存在@@@@,多层@@@@板@@的@@布线@@变得更加容易@@,这也是@@选用多层@@@@板@@的@@主要目的@@@@。然而@@在@@实际应用中@@@@,多层@@@@PCB板@@对手工布线提出了更高的@@要求@@,使得设计@@人员需要更多地得到@@EDA软件的@@帮助@@;同时@@@@中间层@@@@的@@存在@@使得电源@@和@@信号可以@@在@@不同的@@板@@层@@中传输@@,信号的@@隔离和@@抗干扰性能会更好@@,而@@且大面积的@@敷铜连接电源@@和@@地网@@络@@可以@@有效地降低线路阻抗@@,减小@@@@因为@@共同接地造成的@@地电位偏移@@。因此@@,采用多层@@@@板@@结@@构的@@@@PCB板@@通常比普通的@@双层@@板@@和@@单层@@板@@有更好的@@抗干扰性能@@。 

11.3.1 中间层@@@@的@@创建@@ 

Protel系统中提供了专门的@@层@@设置和@@管理工具@@—Layer Stack Manager(层@@堆栈管理器@@)。这个@@工具可以@@帮助设计@@者添加@@、修改和@@删除工作层@@@@,并对层@@的@@属性@@进行定义和@@修改@@。选择@@【Design】/【Layer Stack Manager…】命令@@,弹出如@@图@@@@@@11-2所示@@的@@@@层@@堆栈管理器@@属性@@设置对话框@@@@@@。

层@@堆栈管理器@@属性@@设置对话框@@@@

上图@@所示@@的@@@@是一个@@@@4层@@PCB板@@的@@层@@堆栈管理器@@界面@@。除了@@顶层@@@@(TopLayer)和@@底层@@@@(BottomLayer)外@@,还有两个@@内部电源@@@@层@@@@(Power)和@@接地层@@@@@@@@(GND),这些层@@的@@位置@@在@@图@@@@中都有清晰的@@显示@@。双击@@层@@的@@名称或@@者单击@@@@Properties按钮@@可以@@弹出层@@属性@@设置对话框@@@@,如@@图@@@@11-3所示@@。

双击@@层@@的@@名称或@@者单击@@@@Properties按钮@@可以@@弹出层@@属性@@设置对话框@@@@

在@@该对话框@@中有@@3个@@选项@@可以@@设置@@。 

(1)Name:用于指定该层@@的@@名称@@。 
(2)Copper thickness:指定该层@@的@@铜膜厚@@度@@,默认值为@@@@1.4mil。铜膜越厚@@则相同宽度的@@导线所能承受的@@载流量越大@@。 
(3)Net name:在@@下拉列表@@中指定该层@@所连接的@@网@@络@@@@。本@@选项@@只能用于设置内电层@@@@@@,信号层@@@@没有该选项@@@@。如@@果该内电层@@@@只有一个@@网@@络@@例如@@@@@@“+5V”,那么可以@@在@@此处指定网@@络@@名称@@;但是@@如@@果内电层@@@@需要被分割为@@几个@@不同的@@区域@@,那么就不要在@@此处指定网@@络@@名称@@。 

在@@层@@间还有绝缘材质作为@@@@电路板@@的@@载体或@@者用于电气隔离@@。其中@@Core和@@Prepreg都是绝缘材料@@,但是@@Core是板@@材的@@双面都有铜膜和@@连线存在@@@@,而@@Prepreg只是用于层@@间隔离的@@绝缘物质@@。两者的@@属性@@设置对话框@@@@相同@@,双击@@Core或@@Prepreg,或@@者选择@@@@绝缘材料后单击@@@@Properties按钮@@可以@@弹出绝缘层@@属性@@设置对话框@@@@。如@@图@@@@11-4所示@@。 

绝缘层@@的@@厚@@度和@@层@@间耐压@@、信号耦合等因素有关@@,在@@前面的@@层@@数选择@@和@@叠加原则中已经介绍过@@。如@@果没有特殊的@@要求@@,一般选择@@默认值@@。 

除了@@“Core”和@@“Prepreg”两种绝缘层@@外@@@@,在@@电路板@@的@@顶层@@和@@底层@@@@通常也会有绝缘层@@@@。点击图@@@@11-2左上角的@@@@Top Dielectric(顶层@@绝缘层@@@@)或@@Bottom Dielectric(底层@@绝缘层@@@@)前的@@选择@@框选择@@是否显示绝缘层@@@@,单击@@旁边的@@按钮@@可以@@设置绝缘层@@的@@属性@@@@。 

在@@顶层@@和@@底层@@@@绝缘层@@@@设置的@@选项@@下面有一个@@层@@叠模式@@选择@@下拉列表@@@@,可以@@选择@@@@不同的@@层@@叠模式@@@@:Layer Pairs(层@@成对@@)、Internal Layer Pairs(内电层@@@@成对@@@@)和@@Build-up(叠压@@)。在@@前面讲过@@,多层@@@@板@@实际上是由多个@@双层@@板@@或@@单层@@板@@压制而@@成的@@@@,选择@@不同的@@模式@@@@,则表@@示在@@实际制作中采用不同压制方法@@,所以@@如@@图@@@@@@11-5所示@@的@@@@“Core”和@@“Prepreg”的@@位置@@也不同@@。例如@@@@,层@@成对@@模式@@就是两个@@双层@@板@@夹一个@@绝缘层@@@@(Prepreg),内电层@@@@成对@@@@模式@@就是两个@@单层@@板@@夹一个@@双层@@板@@@@。通常采用默认的@@@@Layer Pairs(层@@成对@@)模式@@。

两者的@@属性@@设置对话框@@@@“Core”和@@“Prepreg”的@@位置@@

在@@图@@@@11-2所示@@的@@@@层@@堆栈管理器@@属性@@设置对话框@@@@@@右侧有一列层@@操作按钮@@@@,各个@@按钮@@的@@功能如@@下@@。 

(1)Add Layer:添加中间信号层@@@@@@。例如@@@@,需要在@@@@GND和@@Power之间添加一个@@高速信号层@@@@@@,则应该首先选择@@@@@@GND层@@,如@@图@@@@11-6所示@@。单击@@Add Layer按钮@@,则会在@@@@GND层@@下添加一个@@信号层@@@@@@,如@@图@@@@11-7所示@@,其默认名称为@@@@MidLayer1,MidLayer2,„,依此类推@@。双击@@层@@的@@名称或@@者点击@@Properties按钮@@可以@@设置该层@@属性@@@@。

添加中间信号层@@@@@@

(2)Add Plane:添加内电层@@@@@@。添加方法与@@添加中间信号层@@@@@@相同@@。先选择@@需要添加的@@内电层@@@@的@@位置@@@@,然后单击@@该按钮@@@@@@,则在@@指定层@@的@@下方添加内电层@@@@@@@@,其默认名称为@@@@Internal Plane1,InternalPlane2,„,依此类推@@。双击@@层@@的@@名称或@@者点击@@Properties按钮@@可以@@设置该层@@属性@@@@。 

(3)Delete:删除某个@@层@@@@。除了@@顶层@@@@和@@底层@@@@不能被删除@@,其他信号层@@@@和@@@@内电层@@@@均能够被删除@@,但是@@已经布线的@@中间信号层@@@@和@@@@已经被分割的@@内电层@@@@不能被删除@@。选择@@需要删除的@@层@@@@,单击@@该按钮@@@@,弹出如@@图@@@@@@11-8所示@@的@@@@对话框@@@@,单击@@Yes按钮@@则该层@@就被删除@@。 

(4)Move Up:上移一个@@层@@@@。选择@@需要上移的@@层@@@@(可以@@是信号层@@@@@@,也可以@@是内电层@@@@@@),单击@@该按钮@@@@,则该层@@会上移一层@@@@,但不会超过顶层@@@@。 

(5)Move Down:下移一个@@层@@@@。与@@Move Up按钮@@相似@@,单击@@该按钮@@@@,则该层@@会下移一层@@@@,但不会超过底层@@@@。 
(6)Properties:属性@@按钮@@@@。单击@@该按钮@@@@,弹出类似图@@@@11-3所示@@的@@@@层@@属性@@设置对话框@@@@。 

11.3.2 中间层@@@@的@@设置@@ 

完成层@@堆栈管理器@@的@@相关设置后@@,单击@@OK按钮@@,退出层@@堆栈管理器@@@@,就可以@@在@@@@PCB编辑界面中进行相关的@@操作@@。在@@对中间层@@@@进行操作时@@@@,需要首先设置中间层@@@@在@@@@PCB编辑界面中是否显示@@。选择@@【Design】/【Options…】命令@@,弹出如@@图@@@@@@11-9所示@@的@@@@选项@@设置对话框@@@@@@,在@@Internal planes下方的@@内电层@@@@选项@@上打勾@@,显示内电层@@@@@@。

添加中间信号层@@@@@@选项@@设置对话框@@@@

在@@完成@@设置后@@,就可以@@在@@@@PCB编辑环境的@@下方看到显示的@@层@@了@@,如@@图@@@@11-10所示@@。用鼠标单击@@电路板@@板@@层@@标签即@@可切换不同的@@层@@以@@进行操作@@。如@@果不习惯系统默认的@@颜色@@,可以@@选择@@@@【Tools】/【Preferences…】命令@@下的@@@@Colors选项@@自定义各层@@的@@颜色@@,相关内容在@@第@@8章@@已有介绍@@,供读者参考@@。

用鼠标单击@@电路板@@板@@层@@标签即@@可切换不同的@@层@@以@@进行操作@@

11.4 内电层@@@@设计@@@@ 

多层@@@@板@@相对于普通双层@@板@@和@@单层@@板@@的@@一个@@非常重要的@@优势就是信号线@@和@@电源@@可以@@分布在@@不同的@@板@@层@@上@@,提高@@信号的@@隔离程度和@@抗干扰性能@@。内电层@@@@为@@一铜膜层@@@@,该铜膜被分割为@@几个@@相互隔离的@@区域@@,每个@@区域的@@铜膜通过过孔与@@特定的@@电源@@或@@地线相连@@,从而@@简化电源@@和@@地网@@络@@的@@走线@@,同时@@@@可以@@有效减小@@@@电源@@内阻@@。 

11.4.1 内电层@@@@设计@@@@相关设置@@ 

内电层@@@@通常为@@整片铜膜@@,与@@该铜膜具有相同网@@络@@名称的@@焊盘@@在@@通过内电层@@@@的@@时@@候系统会自动将其与@@铜膜连接起来@@@@。焊盘@@/过孔与@@内电层@@@@的@@连接形式@@以@@及@@铜膜和@@其他不属于该网@@络@@的@@焊盘@@的@@安全间距都可以@@在@@@@Power Plane Clearance选项@@中设置@@。选择@@【Design】/【Rules…】命令@@,单击@@Manufacturing选项@@,其中@@的@@@@Power Plane Clearance和@@Power Plane Connect Style选项@@与@@内电层@@@@相关@@,其内容介绍如@@下@@。 

1.Power Plane Clearance 

该规则用于设置内电层@@@@安全间距@@,主要指与@@该内电层@@@@没有网@@络@@连接的@@焊盘@@和@@过孔与@@该内电层@@@@的@@安全间距@@@@,如@@图@@@@11-11所示@@。在@@制造的@@时@@候@@,与@@该内电层@@@@没有网@@络@@连接的@@焊盘@@在@@通过内电层@@@@时@@其周围的@@铜膜就会被腐蚀掉@@,腐蚀的@@圆环的@@尺寸即@@为@@该约束中设置的@@数值@@。

内电层@@@@没有网@@络@@连接的@@焊盘@@和@@过孔与@@该内电层@@@@的@@安全间距@@

2.Power Plane Connect Style 

该规则用于设置焊盘@@与@@内电层@@@@的@@形式@@@@。主要指与@@该内电层@@@@有网@@络@@连接的@@焊盘@@和@@过孔与@@该内电层@@@@连接时@@的@@形式@@。如@@图@@@@11-12所示@@。

设置焊盘@@与@@内电层@@@@的@@形式@@

单击@@Properties(属性@@)按钮@@,弹出其规则设置对话框@@@@,如@@图@@@@11-13所示@@。对话框@@左侧为@@规则的@@适用范围@@,在@@右侧的@@@@Rule Attributes下拉列表@@中可以@@选择@@@@连接方式@@@@:Relief Connect、Direct Connect和@@No connect。Direct Connect即@@直接连接@@,焊盘@@在@@通过内电层@@@@的@@时@@候不把周围的@@铜膜腐蚀掉@@,焊盘@@和@@内电层@@@@铜膜直接连接@@;No connect指没有连接@@,即@@与@@该铜膜网@@络@@同名的@@焊盘@@不会被连接到内电层@@@@@@;设计@@人员一般采用系统默认的@@@@Relief Connect连接形式@@,该规则的@@设置对话框@@@@如@@图@@@@@@11-13所示@@。

该规则的@@设置对话框@@@@

这种焊盘@@连接形式@@通过导体扩展和@@绝缘间隙与@@内电层@@@@保持连接@@,其中@@在@@@@Conductor Width选项@@中设置@@导体出口的@@宽度@@;Conductors选项@@中选择@@导体出口的@@数目@@,可以@@选择@@@@2个@@或@@@@4个@@;Expansion选项@@中设置@@导体扩展部分的@@宽度@@;Air-Gap选项@@中设置@@绝缘间隙的@@宽度@@。 

11.4.2 内电层@@@@分割方法@@ 

在@@本@@章@@的@@前几节已经介绍了多层@@@@板@@的@@层@@叠结@@构@@的@@选择@@@@@@,内电层@@@@的@@建立和@@相关的@@设置@@,在@@本@@小@@节中将主要介绍多层@@@@板@@内电层@@@@的@@分割方法和@@步骤@@,供读者参考@@。 

(1)在@@分割内电层@@@@之前@@,首先需要定义一个@@内电层@@@@@@,这在@@前面的@@章@@节中已经有了介绍@@,本@@处不再赘述@@。选择@@【Design】/【Split Planes…】命令@@,弹出如@@图@@@@@@11-14所示@@的@@@@内电层@@@@分割对话框@@@@@@。该对话框@@中的@@@@Current split planes栏中指内电层@@@@已经分割的@@区域@@。在@@本@@例中@@,内电层@@@@尚未被分割@@,所以@@图@@@@11-14所示@@的@@@@Current split planes栏为@@空白@@。Current split planes栏下的@@@@Add、Edit、Delete按钮@@分别用于添加新的@@电源@@区域@@,编辑选中的@@网@@络@@和@@删除选中的@@网@@络@@@@。按钮@@下方的@@@@Show Selected Split Plane View选项@@用于设置是否显示当前选择@@的@@内电层@@@@分割区域的@@示意图@@@@。如@@果选择@@该选项@@@@@@,则在@@其下方的@@框中将显示内电层@@@@@@中该区域所划分网@@络@@区域的@@缩略图@@@@,其中@@与@@该内电层@@@@网@@络@@同名的@@引脚@@、焊盘@@或@@连线将在@@缩略图@@中高亮显示@@,不选择@@该选项@@@@则不会高亮显示@@。Show Net For选项@@,选择@@该选项@@@@,如@@果定义内电层@@@@的@@时@@候已经给该内电层@@@@指定了网@@络@@@@,则在@@该选项@@上方的@@方框中显示与@@该网@@络@@同名的@@连线和@@引脚情况@@。 

(2)单击@@Add按钮@@,弹出如@@图@@@@@@11-15所示@@的@@@@内电层@@@@分割设置对话框@@@@@@。

内电层@@@@分割设置对话框@@@@

在@@如@@图@@@@@@11-15所示@@的@@@@对话框@@@@中@@,Track Width用于设置绘制边框时@@的@@线宽@@,同时@@@@也是@@同一内电层@@@@上不同网@@络@@区域之间的@@绝缘间距@@,所以@@通常将@@Track Width设置的@@比较大@@。建议读者在@@输入数值时@@也要输入单位@@。如@@果在@@该处只输入数字@@,不输入单位@@,那么系统将默认使用当前@@PCB编辑器中的@@单位@@。 

Layer选项@@用于设置指定分割的@@内电层@@@@@@,此处可以@@选择@@@@@@Power和@@GND内电层@@@@。本@@例中有多种电压等级存在@@@@,所以@@需要分割@@Power内电层@@@@来为@@元器件提供不同等级的@@电压@@。 

Connect to Net选项@@用于指定被划分的@@区域所连接的@@网@@络@@@@。通常内电层@@@@用于电源@@和@@地网@@络@@的@@布置@@,但是@@在@@@@Connect to Net下拉列表@@中可以@@看到@@,可以@@将内层@@的@@整片网@@络@@连接到信号网@@络@@@@,用于信号传输@@,只是一般设计@@者不这样@@处理@@。信号所要求的@@信号电压和@@电流弱@@,对导线要求小@@@@,而@@电源@@电流大@@,需要更小@@的@@等效内阻@@。所以@@一般信号在@@信号层@@@@走线@@,内电层@@@@专用于电源@@和@@地网@@络@@连线@@。 

(3)单击@@图@@@@11-15内电层@@@@分割设置对话框@@@@中的@@@@OK按钮@@,进入网@@络@@区域边框绘制@@ 状态@@。 

在@@绘制内电层@@@@边框时@@@@,用户一般将其他层@@面的@@信息隐藏起来@@@@,只显示当前所编辑的@@内电层@@@@@@,方便进行边框的@@绘制@@。选择@@【Tools】/【Preferences…】命令@@,弹出如@@图@@@@@@11-16所示@@的@@@@对话框@@@@。选择@@Display选项@@,再选择@@@@Single Layer Mode复选框@@,如@@图@@@@11-16所示@@。这样@@,除了@@当前工作层@@@@Power之外@@@@,其余层@@都被隐藏起来@@了@@,显示效果@@如@@图@@@@@@11-17所示@@。

显示效果@@对话框@@

在@@分割内电层@@@@时@@@@,因为@@分割的@@区域将所有该网@@络@@的@@引脚和@@焊盘@@都包含在@@内@@,所以@@用户通常需要知道与@@该电源@@网@@络@@同名的@@引脚和@@焊盘@@的@@分布情况@@,以@@便进行分割@@。在@@左侧@@Browse PCB工具中选择@@@@VCC网@@络@@(如@@图@@@@11-18所示@@),单击@@Select按钮@@将该网@@络@@点亮@@选取@@。 

VCC网@@络@@

图@@11-19所示@@为@@将@@VCC网@@络@@点亮@@选取后@@,网@@络@@标号为@@@@VCC的@@焊盘@@和@@引脚与@@其他网@@络@@标号的@@焊盘@@和@@引脚的@@对比@@。 
选择@@了这些同名的@@网@@络@@焊盘@@后@@,在@@绘制边界的@@时@@候就可以@@将这些@@

VCC网@@络@@点亮@@

焊盘@@都包含到划分的@@区域中去@@。此时@@这些电源@@网@@络@@就可以@@不通过信号层@@@@连线而@@是直接通过焊盘@@连接到内电层@@@@@@。 

(4)绘制内电层@@@@分割区域@@。 

选择@@【Design】/【Split Planes…】命令@@,弹出如@@图@@@@@@11-14所示@@的@@@@内电层@@@@分割对话框@@@@@@,单击@@Add按钮@@,弹出如@@图@@@@@@11-15所示@@的@@@@内电层@@@@分割设置对话框@@@@@@。首先选择@@@@12V网@@络@@,单击@@OK按钮@@,光标变为@@十字状@@,此时@@就可以@@在@@@@内电层@@@@开始分割工作了@@。 

在@@绘制边框边界线时@@@@,可以@@按@@“Shift+空格键@@”来改变走线的@@拐角形状@@,也可以@@按@@@@Tab键来改变内电层@@@@的@@属性@@@@。在@@绘制完一个@@封闭的@@区域后@@@@(起点和@@终点重合@@),系统自动弹出如@@图@@@@@@@@11-20所示@@的@@@@内电层@@@@分割对话框@@@@@@,在@@该对话框@@中可以@@看到一个@@已经被分割的@@区域@@,在@@PCB编辑界面中显示@@如@@图@@@@@@11-21所示@@。

内电层@@@@分割对话框@@@@在@@PCB编辑界面中显示@@

在@@添加完内电层@@@@后@@,放大某个@@@@12V焊盘@@,可以@@看到该焊盘@@没有与@@导线相连接@@(如@@图@@@@11-22(a)所示@@),但是@@在@@@@焊盘@@上出现了一个@@@@“+”字标识@@,表@@示该焊盘@@已经和@@内电层@@@@连接@@。 

将当前工作层@@切换到@@Power层@@,可以@@看到该焊盘@@在@@内电层@@@@的@@连接状态@@@@。由于内电层@@@@通常是整片铜膜@@,所以@@图@@@@11-22(b)中焊盘@@周围所示@@部分将在@@制作过程中被腐蚀掉@@,可见@@GND和@@该内电层@@@@是绝缘@@的@@@@。

内电层@@@@是绝缘@@

在@@内电层@@@@添加了@@12V区域后@@,还可以@@根据实际需要添加别的@@网@@络@@@@,就是说将整个@@@@Power内电层@@@@分割为@@几个@@不同的@@相互隔离的@@区域@@,每个@@区域连接不同的@@电源@@网@@络@@@@。最后完成效果如@@图@@@@@@11-23所示@@。 

在@@完成@@内电层@@@@的@@分割之后@@,可以@@在@@如@@图@@@@@@@@11-20所示@@的@@@@对话框@@@@中@@编辑和@@删除已放置的@@内电层@@@@网@@络@@@@。单击@@Edit按钮@@可以@@弹出如@@图@@@@@@@@11-15所示@@的@@@@内电层@@@@属性@@对话框@@@@,在@@该对话框@@中可以@@修改边界线宽@@、内电层@@@@层@@面和@@连接的@@网@@络@@@@,但不能修改边界的@@形状@@@@。如@@果对边界的@@走向和@@形状不满意@@,则只能单击@@@@Delete按钮@@,重新绘制边界@@;或@@者选择@@@@【Edit】/【Move】/【Split Plane Vertices】命令@@来修改内电层@@@@边界线@@,此时@@可以@@通过移动边界上的@@控点来改变边界的@@形状@@@@,如@@图@@@@11-24所示@@。完成后在@@弹出的@@确认对话框@@中单击@@@@Yes按钮@@即@@可完成重绘@@。

边界的@@形状@@

11.4.3 内电层@@@@分割基本@@原则@@ 

在@@完成@@内电层@@@@的@@分割之后@@,本@@节再介绍几个@@在@@内电层@@@@分割时@@需要注意的@@问题@@。 

(1)在@@同一个@@内电层@@@@中绘制不同的@@网@@络@@区域边界时@@@@,这些区域的@@边界线可以@@相互重合@@,这也是@@通常采用的@@方法@@。因为@@在@@@@PCB板@@的@@制作过程@@中@@,边界是铜膜需要被腐蚀的@@部分@@,也就是@@说@@,一条绝缘间隙将不同网@@络@@标号的@@铜膜给分割开来了@@,如@@图@@@@11-25所示@@。这样@@既能充分利用内电层@@@@的@@铜膜区域@@,也不会造成电气隔离冲突@@。 

(2)在@@绘制边界时@@@@,尽量不要让边界线通过所要连接到的@@区域的@@焊盘@@@@,如@@图@@@@11-26所示@@。由于边界是在@@@@PCB板@@的@@制作过程@@中@@需要被腐蚀的@@铜膜部分@@,有可能出现因为@@制作工艺的@@原因导致焊盘@@与@@内电层@@@@连接出现问题@@。所以@@在@@@@PCB设计@@时@@要尽量保证边界不通过具有相同网@@络@@名称的@@焊盘@@@@。

PCB板@@的@@制作过程@@

(3)在@@绘制内电层@@@@边界时@@@@,如@@果由于客观原因无法将同一网@@络@@的@@所有焊盘@@都包含在@@内@@,那么也可以@@通过信号层@@@@走线的@@方式将这些焊盘@@连接起来@@@@。但是@@在@@@@多层@@@@板@@的@@实际应用中@@,应该尽量避免这种情况的@@出现@@。因为@@如@@果采用信号层@@@@走线的@@方式将这些焊盘@@与@@内电层@@@@连接@@,就相当于将一个@@较大的@@电阻@@(信号层@@@@走线电阻@@)和@@较小@@的@@电阻@@(内电层@@@@铜膜电阻@@)串联@@,而@@采用多层@@@@板@@的@@重要优势就在@@于通过大面积铜膜连接电源@@和@@地的@@方式来有效减小@@@@线路阻抗@@,减小@@@@PCB接地电阻导致的@@地电位偏移@@,提高@@抗干扰性能@@。所以@@在@@@@实际设计@@中@@,应该尽量避免通过导线连接电源@@网@@络@@@@。 

(4)将地网@@络@@和@@电源@@网@@络@@分布在@@不同的@@内电层@@@@层@@面中@@,以@@起到较好的@@电气隔离和@@抗干扰的@@效果@@。 

(5)对于贴片式元器件@@,可以@@在@@引脚处放置焊盘@@或@@过孔来连接到内电层@@@@@@,也可以@@从引脚@@ 

处引出一段很短的@@导线@@(引线应该尽量粗短@@,以@@减小@@@@线路阻抗@@),并且在@@导线的@@末端放置焊盘@@和@@过孔来连接@@,如@@图@@@@11-27所示@@。 

(6)关于去耦电容的@@放置@@。前面提到在@@芯片的@@附近应该放置@@0.01μF的@@去耦电容@@,对于电源@@类的@@芯片@@,还应该放置@@10F或@@者更大的@@滤波电容来滤除电路中的@@高频干扰和@@纹波@@,并用尽可能短的@@导线连接到芯片的@@引脚上@@,再通过焊盘@@连接到内电层@@@@@@。 

(7)如@@果不需要分割内电层@@@@@@,那么在@@内电层@@@@的@@属性@@对话框@@中直接选择@@连接到网@@络@@就可以@@了@@,不再需要内电层@@@@分割工具@@。

连接方式@@

11.5 多层@@@@板@@设计@@原则@@汇总@@@@ 

在@@本@@章@@及前面几章@@的@@介绍中@@,我们已经强调了一些关于@@PCB设计@@所需要遵循的@@原则@@,在@@这里我们将这些原则做一汇总@@@@,以@@供读者在@@设计@@时@@参考@@,也可以@@作为@@@@设计@@完成后检查时@@参考的@@依据@@。 

1.PCB元器件库的@@要求@@ 

(1)PCB板@@上所使用的@@元器件的@@封装必须正确@@,包括元器件引脚的@@大小@@尺寸@@、引脚的@@间距@@、引脚的@@编号@@、边框的@@大小@@和@@方向表@@示等@@。 

(2)极性元器件@@(电解电容@@、二极管@@、三极管等@@)正负极或@@引脚编号应该在@@@@PCB元器件库中和@@@@PCB板@@上标出@@。 

(3)PCB库中元器件的@@引脚编号和@@原理图@@元器件的@@引脚编号应当一致@@,例如@@@@在@@前面章@@节中介绍了二极管@@@@PCB库元器件中的@@引脚编号和@@原理图@@库@@中引脚编号不一致的@@问题@@。 

(4)需要使用散热片的@@元器件在@@绘制元器件封装时@@应当将散热片尺寸考虑在@@内@@,可以@@将元器件和@@散热片一并绘制成为@@整体封装的@@形式@@。 

(5)元器件的@@引脚和@@焊盘@@的@@内径@@要匹配@@,焊盘@@的@@内径@@要略大于元器件的@@引脚尺寸@@,以@@便安装@@ 。 
 

2.PCB188足彩外@@围@@app 布局的@@要求@@ 

(1)元器件布置均匀@@,同一功能模块的@@元器件应该尽量靠近布置@@。 
(2)使用同一类型电源@@和@@地网@@络@@的@@元器件尽量布置在@@一起@@,有利于通过内电层@@@@完成相互之间的@@电气连接@@。 
(3)接口元器件应该靠边放置@@,并用字符串@@注明接口类型@@,接线引出的@@方向通常应该离开电路板@@@@。 
(4)电源@@变换元器件@@(如@@变压器@@、DC/DC变换器@@、三端稳压管等@@)应该留有足够的@@散热空间@@@@。 
(5)元器件的@@引脚或@@参考点应放置在@@格点上@@,有利于布线和@@美观@@。 
(6)滤波电容可以@@放置在@@芯片的@@背面@@,靠近芯片的@@电源@@和@@地引脚@@。 

(7)元器件的@@第一引脚或@@者标识方向的@@标志应该在@@@@PCB上标明@@,不能被元器件覆盖@@。 
(8)元器件的@@标号应该紧靠元器件边框@@,大小@@统一@@,方向整齐@@,不与@@焊盘@@和@@过孔重叠@@,不能放置在@@元器件安装后被覆盖的@@区域@@。 

3.PCB布线要求@@ 

(1)不同电压等级电源@@应该隔离@@,电源@@走线不应交叉@@。 
(2)走线采用@@45°拐角或@@圆弧拐角@@,不允许有尖角形式的@@拐角@@。 
(3)PCB走线直接连接到焊盘@@的@@中心@@,与@@焊盘@@连接的@@导线宽度不允许超过焊盘@@外@@径的@@大小@@@@。 
(4)高频信号线@@的@@线宽不小@@于@@20mil,外@@部用地线环绕@@,与@@其他地线隔离@@。 
(5)干扰源@@(DC/DC变换器@@、晶振@@、变压器等@@)底部不要布线@@,以@@免干扰@@。 
(6)尽可能加粗电源@@线和@@地线@@,在@@空间@@允许的@@情况下@@,电源@@线的@@宽度不小@@于@@50mil。 
(7)低电压@@、低电流信号线@@宽@@9~30mil,空间@@允许的@@情况下尽可能加粗@@。 
(8)信号线@@之间的@@间距应该大于@@@@10mil,电源@@线之间间距应该大于@@@@20mil。 
(9)大电流信号线@@线宽应该大于@@40mil,间距应该大于@@30mil。 
(10)过孔最小@@尺寸优选外@@径@@40mil,内径@@28mil。在@@顶层@@和@@底层@@@@之间用导线连接时@@@@,优选焊盘@@@@。 
(11)不允许在@@内电层@@@@上布置信号线@@@@。 
(12)内电层@@@@不同区域之间的@@间隔宽度不小@@于@@40mil。 
(13)在@@绘制边界时@@@@,尽量不要让边界线通过所要连接到的@@区域的@@焊盘@@@@。 
(14)在@@顶层@@和@@底层@@@@铺设敷铜@@,建议设置线宽值大于网@@格宽度@@,完全覆盖空余空间@@@@,且不留有死铜@@,同时@@@@与@@其他线路保持@@30mil(0.762mm)以@@上间距@@(可以@@在@@敷铜前设置安全间距@@,敷铜完毕后改回原有安全间距值@@)。 
(15)在@@布线完毕后对焊盘@@作泪滴处理@@。 
(16)金属壳器件和@@模块外@@部接地@@。 
(17)放置安装用和@@焊接用焊盘@@@@。 
(18)DRC检查无误@@。 

4.PCB分层@@的@@要求@@ 

(1)电源@@平面应该靠近地平面@@,与@@地平面有紧密耦合@@,并且安排在@@地平面之下@@。 
(2)信号层@@@@应该与@@内电层@@@@相邻@@@@,不应直接与@@其他信号层@@@@相邻@@@@。 
(3)将数字电路和@@模拟电路隔离@@。如@@果条件允许@@,将模拟信号线@@和@@数字信号线@@分层@@布置@@,并采用屏蔽措施@@;如@@果需要在@@@@同一信号层@@@@布置@@,则需要采用隔离带@@、地线条的@@方式减小@@@@干扰@@;模拟电路和@@数字电路的@@电源@@和@@地应该相互隔离@@,不能混用@@。 
(4)高频电路对外@@干扰较大@@,最好单独安排@@,使用上下都有内电层@@@@直接相邻@@@@的@@中间信号层@@@@来传输@@,以@@便利用内电层@@@@的@@铜膜减少对外@@干扰@@。 

11.6 本@@ 章@@ 小@@ 结@@ 

本@@章@@主要介绍了多层@@@@电路板@@的@@设计@@步骤@@,包括多层@@@@板@@层@@数的@@选择@@@@、层@@叠结@@构@@的@@选择@@@@;多层@@@@板@@布局布线与@@普通双层@@板@@布局布线的@@相同和@@不同@@;多层@@@@板@@特有的@@中间层@@@@的@@创建@@和@@设置@@,以@@及@@内电层@@@@设计@@@@@@。根据本@@章@@所罗列的@@步骤@@,读者已经能够完成多层@@@@@@PCB的@@初步设计@@工作@@。在@@接下来的@@章@@节中@@,我们将介绍@@PCB的@@电磁兼容和@@信号完整性的@@相关内容@@,以@@便更好地完成@@PCB设计@@。

来源@@:电子@@工程专辑@@