PCB层叠EMC系列知识

八层板

一个八层板可以用来增加两个走线层或通过增加两个平面来提高EMC性能。虽然我们看到了这两种情况的例子，但我想说的是8层板层叠的大多数用于提高EMC性能，而不是增加额外的走线层。

八层板比六层板成本增加的百分比小于从四层增加到六层的百分比，因此更容易证明成本增加是为了改善EMC性能。

因此，大多数八层板(以及我们将在这里集中讨论的所有板)由四个布线层和四个平面层组成。

八层板第一次为我们提供了机会，可以轻松地满足最初提出的五个目标。尽管有许多可能的层叠结构，但我们只讨论通过提供出色的EMC性能证明了的少数几种层叠。

如上所述，通常使用8层来提高电路板的EMC性能，而不是增加布线层的数量。

无论您决定如何堆叠这些层，都绝对不建议使用包含六个布线层的八层板。如果你需要六个布线层，你应该使用一个十层板。因此，八层板可以看作是具有最佳EMC性能的六层板。

具有出色EMC性能的8层板基本层叠结构见图9。

这种配置满足第1部分中列出的所有目标。所有的信号层都与平面相邻，并且所有的层紧密耦合在一起。

高速信号被埋在平面之间，因此平面提供屏蔽，以减少这些信号的发射。此外，该板使用多个接地平面，从而降低接地阻抗。

为了获得最佳的EMC性能和信号完整性，当高频信号换层(例如，从第4层到第5层)时，应该在靠近信号过孔的两个地平面之间添加一个地对地过孔，以便为电流提供一个就近的返回路径。

图9中的层叠可以通过对2-3层和6-7层采用某种形式的PCB埋容技术(如Zycon埋容)进一步改进。这种方法在高频去耦方面提供了显著的改进，并允许使用更少的离散去耦电容

图10显示了另一个优秀的配置，也是我最喜欢的配置之一。这种结构类似于图7，但包括两个外层地面。通过这种安排，所有布线层都被埋在平面之间，因此被屏蔽。

H1表示信号1的水平走线层，V1表示信号1的垂直走线层。H2和V2对于信号2表示相同的，虽然不常用，但这种配置也满足前面提出的所有五个目标，并且具有走线相邻于同一平面的正交信号的额外优势。

这种配置的典型层间距可能是.010"/0.005"/0.005"/0.20"/0.005"/0.005"/0.010"。

八层板的另一种可能性是通过将平面移动到图11所示的中心来修改图10。这样做的好处是有一个紧密耦合的电源接地平面对，而不能屏蔽迹线。

这基本上是图7的8层版本。它具有图7所列的所有优点，再加上中心的一个紧密耦合的电源接地平面对。

这种配置的典型层间距可能0.006"/0.006"/0.015"/0.006"/0.015"/0.006"/0.006"/0.006"。这种配置满足目标1和2、3和5，但不满足目标4。

这是一种性能优良的配置，具有良好的信号交互性，由于电源/地平面是紧密耦合的，因此常常比图10中的层叠更可取。

图11中的层叠可以通过对4-5层采用某种形式的PCB埋容技术(如Zycon埋容)进一步改进。

使用8层以上的电路板几乎没有EMC优势。通常，只有在信号迹线布线需要额外的层时，才会使用多于8层的层叠。如果需要6个走线层，则应使用10层板。

十层板

当需要6个布线层时，应该使用10层板。因此，十层板通常有六个信号层和四个平面，不建议在10层板上有6个以上的信号层。

十层也是在0.062英寸厚的板上通常可以方便地制造的最大层数，偶尔你会看到一块0.062英寸厚的12层板，但能生产它的制造商数量有限。

高层数板(10 +)需要薄的介质(通常0.006”或低于0.062”厚板)，因此它们之间自动紧密耦合。当正确地设置层叠和布线，他们可以满足我们的所有目标，并将有出色的EMC性能和信号完整性。

图12中显示了一个非常常见且近乎理想的十层板层叠。这种叠层之所以具有如此好的性能，是因为信号与回流面的紧密耦合、高速信号层的屏蔽、多个地平面的存在以及板中心的电源/地平面对的紧密耦合。

高速信号通常布在平面之间的信号层上(本例中为3-4层和7-8层)。

在这种配置中，对正交走线信号进行配对的常用方法是层1和层10(只走低频信号)，以及层3和层4和层7和层8(都走高速信号)。

通过这种方式对信号进行配对，第2层和第9层上的平面为内层上的高频信号布线提供屏蔽。

此外，第3层和第4层的信号通过中心电源/地平面对与第7层和第8层的信号隔离。

例如，高速时钟可能在其中一对上布线，高速地址和数据总线可能在另一对上布线。这样一来，总线就受到了保护，不受干扰平面发出的时钟噪音污染。

这种层叠满足所有5个原始目标。

在图12所示的十层板上布线正交信号的另一种可能性是将层1和层3、层4和层7、层8和层10配对。在层1和3、层8和层10的情况下，该方法的优点是参考同一平面布正交信号。

当然，缺点是如果第1层和/或第10层上有高频信号，PCB平面就没有提供固有的屏蔽。因此，这些信号层应该非常靠近它们相邻的平面(这在十层板的情况下是自然发生的)。

上面讨论的每一种布线配置都有一些优点和一些缺点，如果仔细设计，任何一种都可以提供良好的EMC和信号完整性性能。

图12中的层叠可以通过对第5层和第6层采用某种形式的嵌入式PCB电容技术(如Zycon埋容)进一步改进，从而提高高频电源/地平面去耦。

图13显示了十层板的另一种可能的层叠。

这种配置放弃了紧密间隔的电源/地平面对，作为回报，它提供三个信号布线层对的屏蔽，该屏蔽由板外层的接地平面实现，并且这些布线层对由内部电源和接地平面相互隔离。

在这种结构中，所有的信号层都被屏蔽并彼此隔离。如果只有很少的低速信号可以放在外部信号层上(如图12所示)，并且大多数信号都是高速的，那么图13的叠加是非常可取的，因为它提供了三对屏蔽的信号布线层。

这种层叠的一个问题是，在高密度PCB板上，器件安装焊盘和过孔会严重地破坏外部地平面。这个问题必须得到解决，并且要外部层要仔细布线。

这种配置满足目标1、2、4和5，但不满足目标3。

第三种可能性如图14所示。这种叠加允许相邻于同一平面的正交信号的布线，但在此过程中也必须放弃紧密间隔的电源/地平面。这种配置类似于图10所示的八层板，外加两个外低频路由层。

图14中的配置满足目标1、2、4和5，但不满足目标3。然而，它还有一个额外的优点，即正交布线信号总是参考同一平面。

图14中的层叠可以通过对第2层和第9层采用某种形式的嵌入式PCB电容技术(如Zycon埋容)来进一步改进(从而满足目标3)，但这可以有效地将其转换为12层板。

总结

前面的部分已经讨论了各种方法，以堆叠高速，数字逻辑，PCBs从四层到十层。一个好的PCB层叠减少辐射，提高信号质量，并有助于电源总线去耦。

没有一种层叠是最好的，在每种情况下都有许多可行的选择，通常需要对目标做出一些妥协。

除了层数、层类型(平面或信号)和层的排列顺序外，以下因素在决定板的EMC性能时也非常重要：

层间距；

为信号的正交布线分配信号层对；

给信号(时钟、总线、高速、低频等)分配布线层对

本文对板层叠的讨论采用标准的0.062”厚板，截面对称，采用传统的过孔技术。如果考虑到盲孔、埋孔或微孔，其它因素也会发挥作用，且另外的板层叠不仅成为可能而且在许多情况下是可取的。