叠层设计，每一个PCB工程师都不能回避的话题

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PCB设计工程师在设计多层PCB电路板之前，需要根据电路的规模、电路板的尺寸和电磁兼容（EMC）的要求来确定所采用的电路板结构，也就是决定采用4层，6层，还是更多层数的电路板。待层数确定之后，工程师再确定内电层的放置位置以及如何在这些层上分布不同的信号。这便是多层PCB层叠结构的选择问题。

层叠结构是影响PCB板EMC性能的一个重要因素，也是抑制电磁干扰的一个重要手段，其重要性不言而喻。对每一个PCB工程师来说，叠层设计都是无法回避的重要问题。

叠层设计的一般原则

满足信号的特征阻抗要求；满足信号回路最小化原则；满足最小化PCB内的信号干扰要求；满足对称原则。

具体而言，PCB工程师在设计多层板时需要注意以下9个方面：

1、一个信号层应该和一个敷铜层相邻，信号层和敷铜层要间隔放置，最好每个信号层都能和至少一个敷铜层紧邻。信号层应该和临近的敷铜层紧密耦合（即信号层和临近敷铜层之间的介质厚度很小）。

2、电源敷铜和地敷铜应该紧密耦合并处于叠层中部。缩短电源和地层的距离，有利于电源的稳定和减少EMI。尽量避免将信号层夹在电源层与地层之间。电源平面与地平面的紧密相邻好比形成一个平板电容，当两平面靠的越近，则该电容值就越大。该电容的主要作用是为高频噪声（诸如开关噪声等）提供一个低阻抗回流路径，从而使接收器件的电源输入拥有更小的纹波，增强接收器件本身的性能。

3、在高速的情况下，可以加入多余的地层来隔离信号层，多个地敷铜层可以有效地减小PCB的阻抗，减小共模EMI。但建议尽量不要多加电源层来隔离，这样可能造成不必要的噪声干扰。

4、系统中的高速信号应该在内层且在两个敷铜之间，这样两个敷铜可以为这些高速信号提供屏蔽作用，并将这些信号的辐射限制在两个敷铜区域。

▲四层板叠层设计示例

5、优先考虑高速信号、时钟信号的传输线模型，为这些信号设计一个完整的参考平面，尽量避免跨平面分割区，以控制特性阻抗和保证信号回流路径的完整。

6、两信号层相邻的情况。对于具有高速信号的板卡，理想的叠层是为每一个高速信号层都设计一个完整的参考平面，但在实际中我们总是需要在PCB层数和PCB成本上做一个权衡。在这种情况下不能避免有两个信号层相邻的现象。目前的做法是让两信号层间距加大和使两层的走线尽量垂直，以避免层与层之间的信号串扰。

7、铺铜层最好要成对设置，比如六层板的2、5层或者3、4层要一起铺铜，这是考虑到工艺上平衡结构的要求，因为不平衡的铺铜层可能会导致PCB的翘曲变形。

8、次表面（即紧靠表层的层）设计成地层，有利于减小EMI。

9、根据PCB器件密度和引脚密度估算出所需信号层数，确定总层数。

▲六层板叠层设计示例

在实际开展层叠设计时，PCB设计工程师需要灵活运用以上原则，根据实际系统要求选择最合适的板层结构。

（图文整理自机械工业出版社及网络）

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