介紹 PCB層疊是決定產(chǎn)品EMC性能的一個(gè)重要因素。良好的層疊可以非常有效地減少來(lái)自PCB環(huán)路的輻射(差模發(fā)射)，以及連接到板上的電纜的輻射(共模發(fā)射)。 另一方面，一個(gè)不好的層疊可以大大增加這兩種機(jī)制的輻射。對(duì)于板層疊的考慮，有四個(gè)因素是很重要的： 1、層數(shù)； 2、使用的層的數(shù)量和類型(電源和/或地面)； 3、層的排列秩序或順序； 4、層間的間隔。 通常只考慮到層數(shù)。在許多情況下，其他三個(gè)因素同樣重要，第四項(xiàng)有時(shí)甚至不為PCB設(shè)計(jì)者所知。在決定層數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)： 1、布線的信號(hào)數(shù)量和成本； 2、頻率； 3、產(chǎn)品是否必須符合Class A或Class B發(fā)射要求？ 4 、PCB是在屏蔽機(jī)殼或非屏蔽機(jī)殼中； 5 、設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的EMC工程專業(yè)知識(shí)。 通常只考慮第一項(xiàng)。實(shí)際上，所有項(xiàng)目都是至關(guān)重要的，應(yīng)當(dāng)平等地加以考慮。如果要以最少的時(shí)間和最低的成本實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，最后一項(xiàng)就特別重要，不應(yīng)忽視。 使用接地和/或電源平面的多層板相比兩層板提供了顯著的輻射發(fā)射減少。通常使用的經(jīng)驗(yàn)法則是四層板產(chǎn)生的輻射比兩層板少15dB，所有其他因素都是相等的。有平面的板比沒(méi)有平面的板要好得多，原因如下： 1．它們?cè)试S信號(hào)以微帶線(或帶狀線)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行布線。這些結(jié)構(gòu)是被控制的阻抗傳輸線，比在兩層板上使用的隨機(jī)走線的輻射要小得多； 2，接地平面顯著降低了地面阻抗(因此也降低了地面噪聲)。 雖然在20-25MHz的無(wú)屏蔽外殼中成功地使用了兩層板，但這些情況是例外，而不是規(guī)則。在大約10-15MHz以上，通常應(yīng)該考慮多層板。 當(dāng)使用多層板時(shí)，您應(yīng)該嘗試實(shí)現(xiàn)五個(gè)目標(biāo)。它們是： 1、信號(hào)層應(yīng)始終與平面相鄰； 2、信號(hào)層應(yīng)緊密耦合(接近)到其相鄰的平面； 3、電源平面和地平面應(yīng)該緊密地結(jié)合在一起； 4、高速信號(hào)應(yīng)埋在兩個(gè)平面之間走線，平面就能起到屏蔽作用，并能抑制高速印制線的輻射； 5、多個(gè)接地平面有很多優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鼈儗⒔档碗娐钒宓慕拥?參考平面)阻抗，減少共模輻射。 通常情況下，我們面臨著在信號(hào)/平面近距離耦合(目標(biāo)2)和電源/地平面近距離耦合(目標(biāo)3)之間的選擇。用常規(guī)的PCB結(jié)構(gòu)技術(shù)，相鄰電源和地平面之間的平板電容不足以在500 MHz以下提供足夠的去耦。 因此，去耦必須通過(guò)其他方法來(lái)解決，我們通常應(yīng)該選擇信號(hào)和當(dāng)前返回平面之間的緊密耦合。信號(hào)層和電流返回平面之間緊密耦合的優(yōu)點(diǎn)將超過(guò)平面間電容輕微損失所造成的缺點(diǎn)。 八層板是可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)上述所有五個(gè)目標(biāo)的最少的層數(shù)。在四層和六層板上，上述一些目標(biāo)將不得不妥協(xié)。在這些條件下，您必須確定哪些目標(biāo)對(duì)手頭的設(shè)計(jì)最重要。 以上段落不應(yīng)被解釋為你不能在一個(gè)四層或六層的板上做一個(gè)好的EMC設(shè)計(jì)，因?yàn)槟憧梢?。它只表明不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)所有目標(biāo)，需要作出某種妥協(xié)。 由于所有期望的EMC目標(biāo)都可以通過(guò)八層板來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以除了要容納額外的信號(hào)走線層之外，沒(méi)有理由使用超過(guò)八層的層數(shù)。 從機(jī)械的角度來(lái)看，另一個(gè)理想的目標(biāo)是使PCB板的橫截面對(duì)稱(或平衡)，以防止翹曲。 例如，在一個(gè)八層板上，如果第二層是一個(gè)平面，那么第七層也應(yīng)該是一個(gè)平面。 因此，這里提出的所有配置都使用對(duì)稱或平衡的結(jié)構(gòu)。如果不對(duì)稱或不平衡的結(jié)構(gòu)是允許的，則建造其它的層疊配置是可能的。 四層板 最常見(jiàn)的四層板結(jié)構(gòu)如圖1所示(電源平面和地平面可倒換)。它由四個(gè)均勻間隔的層組成，內(nèi)部有電源平面和地平面，這兩個(gè)外部走線層通常具有正交的走線方向。 雖然這種結(jié)構(gòu)比雙層板要好得多，但它有一些不太理想的特點(diǎn)。 關(guān)于第1部分中的目標(biāo)列表，這個(gè)堆疊結(jié)構(gòu)只滿足目標(biāo)（1）。如果層間距相等，則信號(hào)層和電流返回平面之間存在很大的間隔。電源平面和地平面也有很大的間隔。 對(duì)于一個(gè)四層板，我們不能同時(shí)糾正這兩個(gè)缺陷，因此，我們必須決定哪一個(gè)對(duì)我們來(lái)說(shuō)是最重要的。 如前所述，用常規(guī)的PCB制造技術(shù)，相鄰電源和地平面之間的層間電容不足以提供足夠的去耦。 去耦必須通過(guò)其它方法來(lái)處理，我們應(yīng)該選擇信號(hào)和電流返回平面之間的緊密耦合。信號(hào)層和電流返回平面之間緊密耦合的優(yōu)點(diǎn)將超過(guò)層間電容輕微損失所帶來(lái)的缺點(diǎn)。 因此，改善四層板EMC性能的最簡(jiǎn)單的方法是盡可能地將信號(hào)層靠近平面(40mil)，如圖2所示。 這有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而缺點(diǎn)很少。信號(hào)環(huán)路面積較小，因此產(chǎn)生較少的差模輻射。對(duì)于布線層到平面層5mil間隔的情況，相對(duì)于等間距的層疊結(jié)構(gòu)可以達(dá)到10dB或更多的環(huán)路輻射減少。 其次，信號(hào)走線與地面的緊密耦合降低了平面阻抗(電感)，從而減小了連接到板上的電纜的共模輻射。 第三，走線與平面的緊密耦合將減少走線之間的串?dāng)_。對(duì)于固定的走線間隔，串?dāng)_與走線高度的平方成正比。這是降低四層PCB輻射的最簡(jiǎn)單、最便宜、最被忽視的方法之一。 通過(guò)這種層疊結(jié)構(gòu)，我們同時(shí)滿足了目標(biāo)(1)和(2)。 對(duì)于四層板層疊結(jié)構(gòu)還有什么其它的可能性？嗯，我們可以用一點(diǎn)非常規(guī)的結(jié)構(gòu)，即倒換圖2中的信號(hào)層和平面層，產(chǎn)生如圖3a所示的層疊。 這種疊層的主要優(yōu)點(diǎn)是外層的平面為內(nèi)部層上的信號(hào)走線提供了屏蔽。缺點(diǎn)是，地平面可能會(huì)很大程度地被PCB上高密度安裝的元件焊盤(pán)所切割。這可以在一定程度上緩解，方法是倒轉(zhuǎn)平面、放置電源平面在元件側(cè)及放置地平面在板的另一邊。 第二，有些人不喜歡有一個(gè)暴露的電源平面，第三，埋藏的信號(hào)層使板返工困難。該層疊滿足目標(biāo)(1)，(2)，部分滿足目標(biāo)(4)。 這三個(gè)問(wèn)題中的兩個(gè)可以通過(guò)圖3b所示的層疊來(lái)緩解，其中兩個(gè)外平面是地平面，電源作為走線在信號(hào)平面上布線。電源應(yīng)該以柵格方式布線，在信號(hào)層使用寬跡線。 這種層疊兩個(gè)額外的優(yōu)點(diǎn)是： (1)兩個(gè)地面平面提供低得多的接地阻抗，從而減少共模電纜輻射； (2)這兩個(gè)地面平面可以在板的外圍縫在一起，將所有信號(hào)跡線封閉在法拉第籠中。 從EMC的角度來(lái)看，這種層疊如果做得好可能是四層PCB中最好的層疊結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在我們已經(jīng)滿足了目標(biāo)(1)，(2)，(4)和(5)，而只使用一個(gè)四層板。 圖4顯示了第四種可能性，不是常用的，而是一種可以表現(xiàn)得很好的可能性。這類似于圖2，但是用地面平面代替了電源平面，并且電源作為信號(hào)層上的跡線去布線。 這種層疊克服了前面提到的返工問(wèn)題，還由于兩個(gè)地平面而提供了低的地阻抗。然而，這些平面并沒(méi)有提供任何屏蔽。此配置滿足目標(biāo)(1)、(2)和(5)，但不滿足目標(biāo)(3)或(4)。