高速PCB叠层设计

信息时代的来临，pcb板的运用越来越广泛，而pcb板的发展，复杂程度也越来越高。随着电子元件在pcb上越来越密集的排布，电气干扰成了不可避免的问题。在多层板的设计运用中，信号层和电源层必须分离，所以对叠层的设计和安排显得尤为重要。一个好的设计方案，可以在多层板中大大减少EMI及串扰的影响。

多层板比普通单层板在设计中，添加了信号层，走线层，和安排了独立电源层以及地层。多层板的优点主要体现在为数字信号变换提供了一个稳定的电压，均匀地将电源同时加在每个元件上，有效的减少信号之间的干扰。

电源以铺铜的大面积使用和地层，可以大大减少电源层和地层的电阻，使得电源层上电压平稳，可以保证每根信号线的特性，对阻抗和对减少串扰非常有利。在高端电路板设计上，已经明确规定要使用六成以上的叠层方案。多层板载，电气特性，以及对电磁辐射的抑制，都对低层板有着不可比拟的优势。从成本上来说，一般的话层数越多，价格越贵，因为pcb板的成本和层数有关，以及单位面积出现密度有关，在降低层数后走线空间会减少，从而增大走线密度，甚至要通过减少线宽说短信距来达到设计要求。这些可能会适当增加成本。可能减少叠层，降低成本，但是使得电气性能变差，这种设计通常会适得其反。

将PCB微带布线在模型上看，地平层也可以看作传输线的一部分。地铺铜层可以当作信号线回路通路。电源层通过去耦电容和地层相连，在交流情况下。两者是等价的。低频和高频电流回路的不同就在于。在低频情况下，电流的流回是沿着电阻最小的路径。在高频的情况下，电流的流回是沿着电感最小的回路。电流回流，集中分布在信号走线的正下方。

在高频的情况下，如果一条导线直接在地层上布置，即使有更多的回路，电流回流，也要从始发路径下的布线层流回信号源。因为这条路具有最小阻抗。这种使用大电容耦合抑制电场，和靠最小电容耦合抑制磁厂维持低电抗，我们称之为自屏蔽

从这个公式中可以看出来，电流回流时，离信号线的距离和电流密度成反比。这样回路面积最小，电感最小。同时可以得出，如果信号线和回路距离近，两者电流大小相似，方向相反。和外部空间产生的磁场可以抵消，所以外界EMI也非常小。在叠层设计中最好可以让每个信号走线都有很近的地平层相对应。

在地平层串扰问题中，高频电路造成串扰主要是电感耦合，从上面电流回路公式中可以得出，两个信号线比较近产生的回路电流会产生交叠。所以会产生磁场干扰。

公式中K和信号上升时间以及干扰信号线长度相关。在叠层设置上，拉近信号层和地层的距离会有效减少来自地平层的干扰。PCB布线上时常会出现电源层和地层铺铜时，一不注意就会在铺铜区出现一个隔离墙。这种问题的出现极大可能是过孔密度过高，或者过孔隔离区设计不合理。这样使得上升时间减慢，回路面积增加。电感增大和产生串扰以及EMI。

我们在铺头时要尽量设置成成对铺头。这是考虑到工艺上的平衡结构要求，因为不平衡的普通可能会导致pcb板的变形。每个信号层，时间最好有一个普通城作为间隔。高端电源和铺铜城之间的距离，有利于稳定和减少EMI。在高速板设计中可以加入多余的地层来隔离信号层。