不復雜的電路通常都是用雙層板,但電路很複雜時就不得不考慮多層板了,但多層板的開工價格很好,像我畫的一塊FPGA板,由於要用到BGA,所以不得不採用6層板,78mmx100mm的面積,做12塊板就用了2456大洋。所以成本和PCB的層數是矛盾的一對。
對於層疊的優點可以參考下面文章
EMI/EMC設計講座 (共七章)
EMI/EMC 設計講座(七)印刷電路板的EMI噪訊對策技巧
爲了消除PCB內的射頻電流,有兩種方法:「磁通量消除(flux cancellation)」或「磁通量最小化(flux minimization)」。最簡單的磁通量消除法,是使用「鏡像平面(image plane)」。
鏡像平面除了能降低接地噪聲電壓以外,也能防止射頻接地迴路變大,因爲射頻電流緊密地與它們的電流源走線耦合,所以,它不需要另外尋找回傳路徑。當迴路控制最大化時,磁通量就被大幅消除了。在靠近每一個信號平面處,正確地配置映像平面,就可以消除共模的射頻電流。傳輸大量的射頻電流的映像平面,必須接地或接至0V參考點。爲了移除多餘的射頻電壓和渦流,所有接地和底座平面可以透過一個低阻抗的接地電路,連接至底座的接地點。
圖1 具有一個很小的迴路面積的PCB佈線
可靠的返回路徑應該和信號路徑平行且靠近。只有這樣,信號路徑和返回路徑產生的磁力線纔會最大程度地相互抵消,因爲兩者方向相反,這就是磁通最小化原理,如圖2所示,圖2(a)所示的迴路面積比圖2(b)所示的小。迴路產生的磁通量也比較小。它向周圍產生的輻射較少。在周圍其他信號線上產生的串擾也較少。最壞的設計就是返回路徑出現斷裂,甚至根本沒有爲信號路徑提供返回路徑;而最好也是最簡單的設計就是上面提到的採用參考平面(鏡像層)。
圖2 迴路磁通
建議層疊原則
A. 元件面、焊接面爲完整的地平面(屏蔽);
B. 無相鄰平行佈線層;
C. 所有信號層儘可能與地平面相鄰;
D. 關鍵信號與地層相鄰,不跨分割區。
4層板
方案1:在元件面下有一地平面,關鍵信號優先布在TOP層;至於層厚設置,有以下建議:
? 滿足阻抗控制
? 芯板(GND到POWER)不宜過厚,以降低電源、地平面的分佈阻抗;保證電源平面的去耦效果。
方案2:缺陷
? 電源、地相距過遠,電源平面阻抗過大
? 電源、地平面由於元件焊盤等影響,極不完整
? 由於參考面不完整,信號阻抗不連續
方案3:
同方案1類似,適用於主要器件在BOTTOM佈局或關鍵信號在底層佈線的情況。
6層板
方案3:減少了一個信號層,多了一個內電層,雖然可供佈線的層面減少了,但是該方案解決了方案1和方案2共有的缺陷。
優點:
? 電源層和地線層緊密耦合。
? 每個信號層都與內電層直接相鄰,與其他信號層均有有效的隔離,不易發生串擾。
? Siganl_2(Inner_2)和兩個內電層GND(Inner_1)和POWER(Inner_3)相鄰,可以用來傳輸高速信號。兩個內電層可以有效地屏蔽外界對Siganl_2(Inner_2)層的干擾和Siganl_2(Inner_2)對外界的干擾。
方案1:採用了4層信號層和2層內部電源/接地層,具有較多的信號層,有利於元器件之間的佈線工作。
缺陷:
? 電源層和地線層分隔較遠,沒有充分耦合。
? 信號層Siganl_2(Inner_2)和Siganl_3(Inner_3)直接相鄰,信號隔離性不好,容易發 生串擾。
8層板
10層板
12層板
Allegro層疊的設置
層疊結構的編輯於定義通過
? Setup—>Cross Section
? Setup—>Subclasses—>Etch
兩種方法都可以打開
Physical Thickness
PCB板的整個厚度。單擊Sum按鈕Allegro將各層的厚度相加得到Physical Thickness。
Material
材料類型。
Layer Type
層的類型。
? Conductor 信號層的類型
? Dielectric 電介質
? Plane 地層和電源層的類型
DRC as Photo File Type
? Positive 正片
? Negative 負片
(Positive )正片:簡單地說就是,在底片上看到什麼就有什麼。
(Negative)負片:正好相反,看到的就是沒有的,看不到的就是有的。見下圖:
對於負片,白色部分是覆上的銅箔,黑色是挖掉的部分。
對於正片,黑色部分是覆上的銅箔,白色是挖掉的部分。
在 Allegro中使用正負片的特點:
(Positive )正片優點:所見所的,有比較完善的 DRC檢查。
缺點:是如果移動零件(一般指DIP的)或貫孔,銅箔需重鋪或者重新連結,否則就會短路或開路。另外,如果包含大量銅箔又用
2*4D格式出底片是數據量會很大。
(Negative)負片優點:正好克服正片移動零件或貫孔時需要重鋪銅箔的缺點,過孔貫穿負片層時程序根據網絡連接判斷採用(Thermal Relief)與該層連接還是用(Anti-Pad)與該層隔開。
缺點:DRC Check 並沒有做的很完整,對於被Anti-Pad隔斷的內層沒有DRC 報錯。
一般信號層設置爲正片,電源層設置爲負片。
在建焊盤時注意下圖紅色方框中的設置都是針對負片而言的
在各層最右邊Edit欄下的”—>”圖標上單擊鼠標,Allegro彈出一個對該層進行編輯的快捷菜單:
Show:顯示該層內容;Delete:刪除該層;Insert:在該層下面插入一層。
參考資料:
1) 多層PCB層疊結構
http://blog.csdn.net/bird67/archive/2009/04/15/4077023.aspx
2) 平衡PCB層疊設計方法 -- cqgc's Blog
http://blog.ednchina.com/cqgc/53/message.aspx
3) 高速電路PCB “地”、返回路徑、鏡像層和磁通最小化
4) EMI/EMC設計(四)印刷電路板的映像平面-電子開發網
http://www.dzkf.cn/html/PCBjishu/2007/1022/2716.html
5) 電磁兼容(EMC)小小家 - 高速PCB的疊層設計
http://www.emchome.net/article.php/789
6) 印刷線路板設計指南
http://enbbs.cnttr.com/thread-98918-1-5.html
7) 電路板的層疊結構 - PCB資源網
http://www.pcbres.com/pcbtech/pcbmake/200806186776.html
8) 層疊設計----PCB 工程師需要注意的地方-電子電路圖,電子技術資料網站
http://www.elecfans.com/article/80/114/2006/200604162783.html
9) PCB技術:印刷電路板(PCB)設計中的EMI解決方案 - 維庫電子開發網
http://solution.weeqoo.com/2009/1/200911491120152535.html
10) Allegro 中正負片的概念及相關設置
http://www.91pcb.com/allegro/Allegrogaoji001.asp