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[嵌入式]PCB层叠结构和阻抗设计

工作中使用较多的PCB层叠是12层、8层和6层,也有遇到过20层以上的。

一般情况下,在规模稍大的公司中,PCB Layout和原理图设计是由不同的人完成的。硬件工程师最好在原理图上注明信号在Layout时的注意点,并和Layout工程师积极沟通,指出其中的问题点以协助其更改。实际工作中,多层板的层数一般都会由Layout工程师确定好,厚度一般都是1.6mm或2mm,板材一般是FR4居多。

PCB的层叠设置有一些基本原则,对于提升信号完整性质量来说大有好处,我们可以按照这些原则检查Layout工程师给出的设计是否合理,并提出改进意见。

(1)电源平面与地平面尽可能靠近,最好是相邻,因为两个完整平面可以构成平面大电容,相当于增加了去耦电容,降低了电源对地阻抗,有利于电源完整性PI(PDN)在实际PCB设计中,很难将所有的电源平面和地平面相邻,但是一般可以在最中心的两个相邻叠层设置为电源平面和地平面,比如8层板的4层和5层,12层板的6层和7层,这两层紧密相邻,具有良好的耦合效果。

如果设计中有某个电源层的电源种类较多,电源层会被分割地较为零碎,可将该电源层设置为紧邻地层,以获得相对较好的电容耦合效果。8层板常见比较好的层叠分配结构如下所示
在这里插入图片描述

(2)所有信号层(尤其是关键信号)都尽可能与完整的平面(电源和地平面均可)相邻,以保证完整可靠的回流平面和阻抗连续。高速信号尤其注意避免跨分割的情况。信号回流时会自动选择与驱动路径阻抗最小的路径作为返回路径(形成传输线结构)

(3)信号换层时,最好不改变参考层,如果参考层改变了,最好不改变参考层的网络属性,而且在信号换层时,在信号过孔附近添加和参考层网络属性相同的过孔,如果信号换层,参考层的网络属性也发生了变化,最好能使两个参考层越近越好,这些措施都是为了保证返回路径的阻抗尽可能保持连续,层间阻抗尽可能低,从而减小信号压降和信号畸变。

(4)尽量避免两个信号层(包括两个电源层)之间相邻,以减小串扰。实在难以避免的情况,相邻信号层则应该正交走线,一层横向走线,一层纵向走线。

阻抗设计

常见的信号阻抗类型有单端50欧,差分100欧,单端射频50欧等等,需要特别提及的是单端射频线的50欧阻抗控制,射频线一般走在表层(目的在于直接出线、不打过孔以减小阻抗变化不连续的可能,且表层信号速度快)而且为了增强抗扰能力和减小损耗,相比普通信号,射频线需要更粗的线宽,一般至少在15mil

控制特性阻抗不变的情况下,加大线宽的同时必须增加信号线到参考层的距离,所以表层的射频线需要隔层参考第三层,在表层射频走线下方的第二层做挖空处理

模拟计算阻抗是Si9000的软件各参数说明如下:
在这里插入图片描述

H1: 表示7628PP的成品厚度, 低含胶量7628PP的出厂厚度是7.6mil, 压合时有流胶损耗,统一按7.1mil取值

Er1: PP的介电常数

W1: 成品线宽,就是我们的画图设计走线宽度

W2: 走线顶端宽度,表示侧蚀的意思,外层成品1oz的铜厚一般按1mil的侧蚀量计算

T1: 表示成品铜厚

C1: 基材上的阻焊厚度

C2: 走线面上的阻焊厚度

CEr: 阻焊的介电常数

Zo: 阻抗值

计算技巧:

1): 有”计算“按钮的都可以计算对应的值,比如其它参数输入好后,可以计算这个要求的值,在嘉立创固定叠层结构的情况下,我们使用的“计算”按钮一般只有阻抗和线宽互相推算,其它值基本上都是确定的,我们可以根据指定的阻抗值推算走线宽度,相反根据阻抗宽度推算阻抗值。走线宽度一般都是取整设计,比如 4.0mil、4.5mil、5.0mil、5.5mil、6.0mil…一般是先输入要求的阻抗值, 反推走线宽度,然后再将宽度值按最近原则取整即可。

2): 图中"最小值","最大值"两列是有颜色的,这个颜色方向一致的,表示成正比,方向相反的表示成反比。上图W和Zo的方向是反的,说明两者成反比,就是走线越宽阻抗就越小,反之走线越细阻抗值就越大,这个在计算差分阻抗线调整线宽线距很有用。

设计技巧:

上图中的H1是7.1mil,说明线路下面对应的参考层铜箔实际上是第2层线路,如果你的参考层是第三层线路或者第四层线路,那么H1的值就不是7.1mil了, 而是外层线路到参考层间的所有介质的总厚度, 介电常数一般是取最高的那一个即可。这个参考层很重要, 这些计算模型实隙上就是你的板子的走线横截面的效果图,当你选用的计算模型计算好后,你画板设计的走线环境一定要同模型匹配。

参考层: 阻抗线同位置处遇到的第一个铺地铜的层称之为参考层, 这些地铜相对于阻抗线也有称它为信号屏蔽层。

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加:2022-05-24 18:23:18  更:2022-05-24 18:25:20 
 
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