PCB工程师必备知识：一文看懂PCB层叠设计

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PCB的层数多少取决于电路板的复杂程度，从PCB的加工过程来看，多层PCB是将多个“双面板PCB”通过叠加、压合工序制造出来的。但多层PCB的层数、各层之间的叠加顺序及板材选择是由电路板设计师决定的，这就是所谓的“PCB层叠设计”。

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PCB层叠设计需考虑的因素

一款PCB设计的层数及层叠方案取决于以下几个因素：

1、硬件成本：PCB层数的多少与最终的硬件成本直接相关，层数越多硬件成本就越高，以消费类产品为代表的硬件PCB一般对于层数有最高限制，例如笔记本电脑产品的主板PCB层数通常为4~6层，很少超过8层；

2、高密元器件的出线：以BGA封装器件为代表的高密元器件，此类元器件的出线层数基本决定了PCB板的布线层层数；

3、信号质量控制：对于高速信号比较集中的PCB设计，如果重点关注信号质量，那么就要求减少相邻层布线以降低信号间串扰，这时布线层层数与参考层层数（Ground层或Power层）的比例最好是1:1，就会造成PCB设计层数的增加；反之，如果对于信号质量控制不强制要求，则可以使用相邻布线层方案，从而降低PCB层数；

4、原理图信号定义：原理图信号定义会决定PCB布线是否“通顺”，糟糕的原理图信号定义会导致PCB布线不顺、布线层数增加；

5、PCB厂家加工能力基线：PCB设计者给出的层叠设计方案（叠层方式、叠层厚度 等），必须要充分考虑PCB厂家的加工能力基线，如：加工流程、加工设备能力、常用PCB板材型号等 。

PCB层叠设计需要在以上所有设计影响因素中寻求优先级和平衡点。

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PCB层叠设计的一般规则

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1、地层与信号层之间应紧密耦合，意思就是说，地层与电源层之间的距离应尽量小，介质厚度应尽量小，以增大电源层与地层之间的电容（如果这里不明白，大家可以想一下平板电容，电容的大小与间距成反比）。

2、两个信号层之间尽量不要直接相邻，这样容易发生信号的串扰，影响电路的性能。

3、对于多层电路板，例如4层板，6层板，一般要求信号层尽量与一个内电层（地层或者电源层）相邻，这样可以利用内电层的大面积覆铜来起到屏蔽信号层的作用，从而有效的避免了信号层之间的串扰。

4、对于高速信号层，一般要位于两个内电层之间，这样做的目的是一方面起到对高速信号提供一个有效的屏蔽层，另一方面则将高速信号限制在两个内电层之间，减小对其他信号层的干扰。

5、要考虑层叠结构的对称性。

6、多个接地的内电层可以有效的降低接地阻抗。

推荐的层叠结构

1、把高频走线布在顶层，以避免高频走线过程中使用到过孔而引入感应电感。在顶层隔离器和发送接收电路的数据线用高频走线直接相连。

2、高频信号线下面放置一个地平面，以控制传输连接线的阻抗，也提供了一个非常低电感的通路给返回电流(return current)流过。

3、将电源层置于接地层下面。这两个参考层构成了一个大约为100pF/inch2的附加高频旁路电容器。

4、在底层布线布置低速控制信号。这些信号线拥有较大的余量来承受过孔引起的阻抗不连续，这样的话就更有灵活性。

如果还需要增加供电层(Vcc)或信号层，增加的第二组电源层/地层必须对称层叠。这样层叠层压结构才稳定，板子也不会翘曲。不同电压的电源层和地层之间应该靠近一点，这样增加高频旁路电容，从而抑制噪声。

提醒：这里还有一层的意思就是要使用偶数层PCB，避免使用奇数层。因为奇数层电路板容易弯曲。

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PCB层数的多少与最终的硬件成本直接相关，层数越多硬件成本就越高，以消费类产品为代表的硬件PCB一般对于层数有最高限制，例如笔记本电脑产品的主板PCB层数通常为4~6层，很少超过8层；

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原理图信号定义：原理图信号定义会决定PCB布线是否“通顺”，糟糕的原理图信号定义会导致PCB布线不顺、布线层数增加

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对于高速信号层，一般要位于两个内电层之间，这样做的目的是一方面起到对高速信号提供一个有效的屏蔽层，另一方面则将高速信号限制在两个内电层之间，减小对其他信号层的干扰。

瞪郜望源_21

写的确实不错，内容全面丰富，很有指导和实用性，学习了