通過(guò)PCB分層堆疊設(shè)計(jì)控制EMI輻射

　　第一種為首選方案，PCB的外層均為地層，中間兩層均為信號(hào)/電源層。信號(hào)層上的電源用寬線走線，這可使電源電流的路徑阻抗低，且信號(hào)微帶路徑的阻抗也低。從EMI控制的角度看，這是現(xiàn)有的最佳4層PCB結(jié)構(gòu)。

　　第二種方案的外層走電源和地，中間兩層走信號(hào)。該方案相對(duì)傳統(tǒng)4層板來(lái)說(shuō)，改進(jìn)要小一些，層間阻抗和傳統(tǒng)的4層板一樣欠佳。如果要控制走線阻抗，上述堆疊方案都要非常小心地將走線布置在電源和接地鋪銅島的下邊。另外，電源或地層上的鋪銅島之間應(yīng)盡可能地互連在一起，以確保DC和低頻的連接性。

　　6層板

　　如果4層板上的元件密度比較大，則最好采用6層板。但是，6層板設(shè)計(jì)中某些疊層方案對(duì)電磁場(chǎng)的屏蔽作用不夠好，對(duì)電源匯流排瞬態(tài)信號(hào)的降低作用甚微。下面討論兩個(gè)實(shí)例。

　　第一例將電源和地分別放在第2和第5層，由於電源覆銅阻抗高，對(duì)控制共模EMI輻射非常不利。不過(guò)，從信號(hào)的阻抗控制觀點(diǎn)來(lái)看，這一方法卻是非常正確的。

　　第二例將電源和地分別放在第3和第4層，這一設(shè)計(jì)解決了電源覆銅阻抗問(wèn)題，由於第1層和第6層的電磁屏蔽性能差，差模EMI增加了。如果兩個(gè)外層上的信號(hào)線數(shù)量最少，走線長(zhǎng)度很短（短於信號(hào)最高諧波波長(zhǎng)的1/20），則這種設(shè)計(jì)可以解決差模EMI問(wèn)題。將外層上的無(wú)元件和無(wú)走線區(qū)域鋪銅填充并將覆銅區(qū)接地 （每1/20波長(zhǎng)為間隔），則對(duì)差模EMI的抑制特別好。如前所述，要將鋪銅區(qū)與內(nèi)部接地層多點(diǎn)相聯(lián)。

　　通用高性能6層板設(shè)計(jì)一般將第1和第6層布為地層，第3和第4層走電源和地。由於在電源層和接地層之間是兩層居中的雙微帶信號(hào)線層，因而EMI抑制能力是優(yōu)異的。該設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)在於走線層只有兩層。前面介紹過(guò)，如果外層走線短且在無(wú)走線區(qū)域鋪銅，則用傳統(tǒng)的6層板也可以實(shí)現(xiàn)相同的堆疊。

　　另一種6層板布局為信號(hào)、地、信號(hào)、電源、地、信號(hào)，這可實(shí)現(xiàn)高級(jí)信號(hào)完整性設(shè)計(jì)所需要的環(huán)境。信號(hào)層與接地層相鄰，電源層和接地層配對(duì)。顯然，不足之處是層的堆疊不平衡。

　　這通常會(huì)給加工制造帶來(lái)麻煩。解決問(wèn)題的辦法是將第3層所有的空白區(qū)域填銅，填銅後如果第3層的覆銅密度接近於電源層或接地層，這塊板可以不嚴(yán)格地算作是結(jié)構(gòu)平衡的電路板。填銅區(qū)必須接電源或接地。連接過(guò)孔之間的距離仍然是1/20波長(zhǎng)，不見得處處都要連接，但理想情況下應(yīng)該連接。

　　10層板

　　由於多層板之間的絕緣隔離層非常薄，所以10或12層的電路板層與層之間的阻抗非常低，只要分層和堆疊不出問(wèn)題，完全可望得到優(yōu)異的信號(hào)完整性。要按62mil厚度加工制造12層板，困難比較多，能夠加工的制造商也不多。

　　由於信號(hào)層和回路層之間總是隔有絕緣層，在10層板設(shè)計(jì)中分配中間6層來(lái)走信號(hào)線的方案并非最佳。另外，讓信號(hào)層與回路層相鄰很重要，即板布局為信號(hào)、地、信號(hào)、信號(hào)、電源、地、信號(hào)、信號(hào)、地、信號(hào)。

　　這一設(shè)計(jì)為信號(hào)電流及其回路電流提供了良好的通路。恰當(dāng)?shù)牟季€策略是，第1層沿X方向走線，第3層沿Y方向走線，第4層沿X方向走線，以此類推。直觀地看走線，第1層1和第3層是一對(duì)分層組合，第4層和第7層是一對(duì)分層組合，第8層和第10層是最後一對(duì)分層組合。當(dāng)需要改變走線方向時(shí)，第1層上的信號(hào)線應(yīng)藉由“過(guò)孔＂到第3層以後再改變方向。實(shí)際上，也許并不總能這樣做，但作為設(shè)計(jì)概念還是要盡量遵守。

　　當(dāng)信號(hào)的走線方向變化時(shí)，應(yīng)該藉由過(guò)孔從第8層和第10層或從第4層到第7層。這樣布線可確保信號(hào)的前向通路和回路之間的耦合最緊。例如，如果信號(hào)在第1 層上走線，回路在第2層且只在第2層上走線，那麼第1層上的信號(hào)即使是藉由“過(guò)孔＂轉(zhuǎn)到了第3層上，其回路仍在第2層，從而保持低電感、大電容的特性以及良好的電磁屏蔽性能。

　　如果實(shí)際走線不是這樣，怎麼辦？比如第1層上的信號(hào)線經(jīng)由過(guò)孔到第10層，這時(shí)回路信號(hào)只好從第9層尋找接地平面，回路電流要找到最近的接地過(guò)孔（如電阻或電容等元件的接地引腳）。如果碰巧附近存在這樣的過(guò)孔，則真的走運(yùn)。假如沒有這樣近的過(guò)孔可用，電感就會(huì)變大，電容要減小，EMI一定會(huì)增加。

　　當(dāng)信號(hào)線必須經(jīng)由過(guò)孔離開現(xiàn)在的一對(duì)布線層到其他布線層時(shí)，應(yīng)就近在過(guò)孔旁放置接地過(guò)孔，這樣可以使回路信號(hào)順利返回恰當(dāng)?shù)慕拥貙?。?duì)於第4層和第7層分層組合，信號(hào)回路將從電源層或接地層（即第5層或第6層）返回，因?yàn)殡娫磳雍徒拥貙又g的電容耦合良好，信號(hào)容易傳輸。

　　多電源層的設(shè)計(jì)

　　如果同一電壓源的兩個(gè)電源層需要輸出大電流，則電路板應(yīng)布成兩組電源層和接地層。在這種情況下，每對(duì)電源層和接地層之間都放置了絕緣層。這樣就得到我們期望的等分電流的兩對(duì)阻抗相等的電源匯流排。如果電源層的堆疊造成阻抗不相等，則分流就不均勻，瞬態(tài)電壓將大得多，并且EMI會(huì)急劇增加。

　　如果電路板上存在多個(gè)數(shù)值不同的電源電壓，則相應(yīng)地需要多個(gè)電源層，要牢記為不同的電源創(chuàng)建各自配對(duì)的電源層和接地層。在上述兩種情況下，確定配對(duì)電源層和接地層在電路板的位置時(shí)，切記制造商對(duì)平衡結(jié)構(gòu)的要求。

　　鑒於大多數(shù)工程師設(shè)計(jì)的電路板是厚度62mil、不帶盲孔或埋孔的傳統(tǒng)印制電路板，本文關(guān)於電路板分層和堆疊的討論都局限於此。厚度差別太大的電路板，本文推薦的分層方案可能不理想。此外，帶盲孔或埋孔的電路板的加工制程不同，本文的分層方法也不適用。

　　電路板設(shè)計(jì)中厚度、過(guò)孔制程和電路板的層數(shù)不是解決問(wèn)題的關(guān)鍵，優(yōu)良的分層堆疊是保證電源匯流排的旁路和去耦、使電源層或接地層上的瞬態(tài)電壓最小并將信號(hào)和電源的電磁場(chǎng)屏蔽起來(lái)的關(guān)鍵。理想情況下，信號(hào)走線層與其回路接地層之間應(yīng)該有一個(gè)絕緣隔離層，配對(duì)的層間距（或一對(duì)以上）應(yīng)該越小越好。根據(jù)這些基本概念和原則，才能設(shè)計(jì)出總能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的電路板?，F(xiàn)在，IC的上升時(shí)間已經(jīng)很短并將更短，本文討論的技術(shù)對(duì)解決EMI屏蔽問(wèn)題是必不可少的。