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既然說(shuō)到了參考平面的處理，其實(shí)應該屬于疊層設計的范疇了。PCB的疊層設計不是層的簡(jiǎn)單堆疊，其中地層的安排是關(guān)鍵，它與信號的安排和走向有密切的關(guān)系。多層板的設計和普通的PCB相比，除了添加了必要的信號走線(xiàn)層之外，最重要的就是安排了獨立的電源和地層（鋪銅層）。在高速數字電路系統中，使用電源和地層來(lái)代替以前的電源和地總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)主要在于：

1）為數字信號的變換提供一個(gè)穩定的參考電壓。

2）均勻地將電源同時(shí)加在每個(gè)邏輯器件上。

3）有效地抑制信號之間的串擾。

其原因在于，使用大面積鋪銅作為電源和地層大大減小了電源和地的電阻，使得電源層上的電壓均勻平穩，而且可以保證每根信號線(xiàn)都有很近的地平面相對應，這同時(shí)也減小了信號線(xiàn)的特征阻抗，也可有效地減少串擾。所以，對于某些高端的高速電路設計，已經(jīng)明確規定一定要使用6層（或以上的）的疊層方案，如Intel對PC133內存模塊PCB的要求。這主要就是考慮到多層板在電氣特性，以及對電磁輻射的抑制，甚至在抵抗物理機械損傷的能力上都明顯優(yōu)于低層數的PCB。

一般情況下均按以下原則進(jìn)行疊層設計：滿(mǎn)足信號的特征阻抗要求;滿(mǎn)足信號回路最小化原則；滿(mǎn)足最小化PCB內的信號干擾要求;滿(mǎn)足對稱(chēng)原則。具體而言在設計多層板時(shí)需要注意以下幾個(gè)方面：

1）一個(gè)信號層應該和一個(gè)敷銅層相鄰，信號層和敷銅層要間隔放置，最好每個(gè)信號層都能和至少一個(gè)敷銅層緊鄰。信號層應該和臨近的敷銅層緊密耦合（即信號層和臨近敷銅層之間的介質(zhì)厚度很?。?。

2）電源敷銅和地敷銅應該緊密耦合并處于疊層中部?？s短電源和地層的距離，有利于電源的穩定和減少EMI。盡量避免將信號層夾在電源層與地層之間。電源平面與地平面的緊密相鄰好比形成一個(gè)平板電容，當兩平面靠的越近，則該電容值就越大。該電容的主要作用是為高頻噪聲（諸如開(kāi)關(guān)噪聲等）提供一個(gè)低阻抗回流路徑，從而使接收器件的電源輸入擁有更小的紋波，增強接收器件本身的性能。

3）在高速的情況下，可以加入多余的地層來(lái)隔離信號層，多個(gè)地敷銅層可以有效地減小PCB的阻抗，減小共模EMI。但建議盡量不要多加電源層來(lái)隔離，這樣可能造成不必要的噪聲干擾。

4）系統中的高速信號應該在內層且在兩個(gè)敷銅之間，這樣兩個(gè)敷銅可以為這些高速信號提供屏蔽作用，并將這些信號的輻射限制在兩個(gè)敷銅區域。5）優(yōu)先考慮高速信號、時(shí)鐘信號的傳輸線(xiàn)模型，為這些信號設計一個(gè)完整的參考平面，盡量避免跨平面分割區，以控制特性阻抗和保證信號回流路徑的完整。

6）兩信號層相鄰的情況。對于具有高速信號的板卡，理想的疊層是為每一個(gè)高速信號層都設計一個(gè)完整的參考平面，但在實(shí)際中我們總是需要在PCB層數和PCB成本上做一個(gè)權衡。在這種情況下不能避免有兩個(gè)信號層相鄰的現象。目前的做法是讓兩信號層間距加大和使兩層的走線(xiàn)盡量垂直，以避免層與層之間的信號串擾。

7）鋪銅層最好要成對設置，比如六層板的2、5層或者3、4層要一起鋪銅，這是考慮到工藝上平衡結構的要求，因為不平衡的鋪銅層可能會(huì )導致PCB的翹曲變形。

8）次表面（即緊靠表層的層）設計成地層，有利于減小EMI。

9）根據PCB器件密度和引腳密度估算出所需信號層數，確定總層數。

板層的結構是決定系統的EMC性能一個(gè)很重要的因素。一個(gè)好的板層結構對抑制PCB中輻射起到良好的效果。在現在常見(jiàn)的高速電路系統中大多采用多層板而不是單面板和雙面板。下面分別就四層板、六層板、八層板、十層板的板層結構設計做一簡(jiǎn)單的說(shuō)明。

　　表1  四層板疊層設計示例

一般來(lái)說(shuō)，對于較復雜的高速電路，最好不采用四層板，因為它存在若干不穩定因素，無(wú)論從物理上還是電氣特性上。如果一定要進(jìn)行四層板設計，則可以考慮設置為：電源-信號-信號-地。還有一種更好的方案是：外面兩層均走地層，內部?jì)蓪幼唠娫春托盘柧€(xiàn)。這種方案是四層板設計的最佳疊層方案，對EMI有極好的抑制作用，同時(shí)對降低信號線(xiàn)阻抗也非常有利，但這樣布線(xiàn)空間較小，對于布線(xiàn)密度較大的板子顯得比較困難。

現在很多電路板都采用六層板技術(shù)，比如內存模塊PCB的設計，大部分都采用六層板（高容量的內存模塊可能采用10層板）。最常規的六層板疊層是這樣安排的：信號-地-信號-信號-電源-信號。從阻抗控制的觀(guān)點(diǎn)來(lái)講，這樣安排是合理的，但由于電源離地平面較遠，對較小共模EMI的輻射效果不是很好。如果改將敷銅區放在3和4層，則又會(huì )造成較差的信號阻抗控制及較強的差模EMI等問(wèn)題。還有一種添加地平面層的方案，布局為：信號-地-信號-電源-地-信號，這樣無(wú)論從阻抗控制還是從降低EMI的角度來(lái)說(shuō)，都能實(shí)現高速信號完整性設計所需要的環(huán)境。但不足之處是層的堆疊不平衡，第3層是信號走線(xiàn)層，但對應的第4層卻是大面積敷銅的電源層，這在PCB工藝制造上可能會(huì )遇到一點(diǎn)問(wèn)題，在設計時(shí)可以將第3層所有空白區域敷銅來(lái)達到近似平衡結構的效果。

表2  六層板疊層設計示例

下面就表2中所列四種6層板結構做一說(shuō)明。

A：第2和第5層為電源和地敷銅，由于電源敷銅阻抗高，對控制共模EMI輻射非常不利。不過(guò)，從信號的阻抗控制觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，這一方法卻是非常正確的。因為這種板層設計中，信號走線(xiàn)層的Layer1和Layer3，Layer4和Layer6構成了兩對較為合理的走線(xiàn)組合。

B：將電源和地分別放在第3和第4層，這一設計解決了電源敷銅阻抗問(wèn)題，由于第1層和第6層的電磁屏蔽性能差，增加了差模EMI。如果兩個(gè)外層上的信號線(xiàn)數量最少，走線(xiàn)長(cháng)度很短（短于信號最高諧波波長(cháng)的1/20），則這種設計可以解決差模EMI問(wèn)題。將外層上的無(wú)元件和無(wú)走線(xiàn)區域敷銅填充并將敷銅區接地（每1/20波長(cháng)為間隔），則對差模EMI的抑制特別好。

C：從信號的質(zhì)量角度考慮，很顯然這種板層安排最為合理的。因為這樣的結構對信號高頻回流的路徑是比較理想的。但是這樣安排有個(gè)比較突出的缺點(diǎn)，即信號的走線(xiàn)層少。所以這樣的系統適用于高性能的要求。

D：這可實(shí)現信號完整性設計所需要的環(huán)境。信號層與接地層相鄰，電源層和接地層配對。顯然，不足之處是層的結構不平衡（不平衡的敷銅可能會(huì )導致PCB的翹曲變形）。解決問(wèn)題的辦法是將第3層所有的空白區域敷銅，敷銅后如果第3層的敷銅密度接近于電源層或接地層，這塊板可以不嚴格地算作是結構平衡的電路板。敷銅區必須接電源或接地。

表3  八層板疊層示例

現在使用的八層板多數是為了提高六層板的信號質(zhì)量而設計的。由表3中可以知道，八層板相比六層板并沒(méi)有增加信號的走線(xiàn)層，而是多了兩個(gè)敷銅層，所以可以?xún)?yōu)化系統的EMC性能。

表4  十層板疊層示例

十層的PCB絕緣介質(zhì)層很薄，信號層可以離地平面很近，這樣就非常好地控制了層間的阻抗變化，一般只要不出現嚴重的疊層設計錯誤，設計者都能較容易地完成高質(zhì)量的高速電路板設計。如果走線(xiàn)非常復雜，需要更多的走線(xiàn)層，我們可以將疊層設置為：信號-信號-地-信號-信號-信號-信號-電源-信號-信號。當然這種情況不是最理想的，我們要求信號走線(xiàn)能在少量的層中布完，而是用多余的地層來(lái)隔離其他信號層，所以更通常的疊層方案是：信號-地-信號-信號-電源-地-信號-信號-地-信號?？梢钥吹?，這里使用了三層地平面層，而只用了一層電源（我們只考慮單電源的情況）。這是因為，雖然電源層在阻抗控制上的效果和地平面層一樣，但電源層上的電壓受干擾較大，存在較多的高階諧波，對外界的EMI也強，所以和信號走線(xiàn)層一樣，是最好被地平面屏蔽起來(lái)的。同時(shí)，如果使用多余的電源層來(lái)隔離，回路電流將不得不通過(guò)去耦電容來(lái)實(shí)現從地平面到電源平面的轉換。這樣，在去耦電容上過(guò)多的電壓降會(huì )產(chǎn)生不必要的噪聲。