PCB叠层分配介绍

一、电源层、地层、信号层的相对位置

1、Vcc、 GND 平面的阻抗以及电源、地之间的EMC环境问题

（此问题有待深入研究、以下列出现有部分观点，仅供参考）

电源、地平面存在自身的特性阻抗，电源平面的阻抗比地平面阻抗高；
为降低电源平面的阻抗，尽量将PCB的主电源平面与其对应的地平面相邻排布并且尽量靠近，利用两者的耦合电容，降低电源平面的阻抗；
电源地平面构成的平面电容与PCB上的退耦电容一起构成频响曲线比较复杂的电源地电
容，它的有效退耦频带比较宽，（但存在谐振问题）。

2、Vcc、 GND 作为参考平面，两者的作用与区别

电源、地平面均能用作参考平面，且有一定的屏蔽作用；但相对而言，电源平面具有较高的特性阻抗，与参考电平存在较大的电位势差；从屏蔽的角度，地平面一般均作了接地处理，并作为基准电平参考点，其屏蔽效果远远优于电源平面；在选择参考平面时，应优选地平面。

3、电源层、地层、信号层的相对位置

对于电源、地的层数以及信号层数确定后，它们之间的相对排布位置是每一个EMC工程师都不能回避的话题；
单板层的排布一般原则：

a. 元件面下面（第二层）为地平面，提供器件屏蔽层以及为顶层布线提供参考平面；
b. 所有信号层尽可能与地平面相邻；
c. 尽量避免两信号层直接相邻；
d. 主电源尽可能与其对应地相邻；
e. 兼顾层压结构对称。

二、叠层方案

1、四层板叠层方案

大部分场景：优选方案1，可用方案3。

方案一：

方案	电源层数	地层数	信号层数	L1	L2	L3	L4
1	1	1	2	S	G	P	S
2	1	1	2	G	S	S	P
3	1	1	2	S	P	G	S

此方案为现行四层PCB的主选层设置方案，在元件面下有一地平面，关键信号优选布
TOP层；至于层厚设置，有以下建议：

满足阻抗控制

芯板（ GND到POWER）不宜过厚，以降低电源、地平面的分布阻抗；保证电源平面的去藕效果；

方案二：

为了达到一定的屏蔽效果，有人试图把电源、地平面放在TOP、 BOTTOM层，即采用方案2：

此方案为了达到想要的屏蔽效果，至少存在以下缺陷：

电源、地相距过远，电源平面阻抗较大

电源、地平面由于元件焊盘等影响，极不完整

由于参考面不完整，信号阻抗不连续

实际上，由于大部分是大量采用表贴器件，对于器件越来越密的情况下，本方案的电源、地几乎无法作为完整的参考平面，预期的屏蔽效果很难实现；方案2使用范围有限。但在个别单板中，方案2不失为最佳层设置方案。以下为方案2在XX产品的接口滤波板中的使用案例；

案例（特例）：在XX产品的接口滤波板XXX的设计过程中，出现了以下情况：

A，整板无电源平面，只有GND、 PGND各占一个平面；
B，整板走线简单，但作为接口滤波板，布线的辐射必须关注；
C，该板贴片元件较少，多数为插件。

分析：

1，由于该板无电源平面，电源平面阻抗问题也就不存在了；
2，由于贴片元件少（单面布局），若表层做平面层，内层走线，参考平面的完整性基本得到保证，而且第二层可铺铜保证少量顶层走线的参考平面；
3，作为接口滤波板， PCB布线的辐射必须关注，若内层走线，表层为GND、 PGND，走线得到很好的屏蔽，传输线的辐射得到控制；

鉴于以上原因，在本板的层的排布时，我们决定采用方案2，即： GND、 S1、 S2、 PGND，由于表层仍有少量短走线，而底层则为完整的地平面，我们在S1布线层铺铜，保证了表层走线的参考平面；
在传输XX产品的五块接口滤波板中，出于以上同样的分析，设计人员吴均决定采用方案2，同样不失为层的设置经典。

方案三：

此方案同方案1类似，适用于主要器件在BOTTOM布局或关键信号底层布线的情况；一般情况下，限制使用此方案；

2、六层板叠层方案

六层板，优选方案3，可用方案1，备用方案2、 4。

方案	电源	地	信号	L1	L2	L3	L4	L5	L6
1	1	1	4	S1	G	S2	S3	P	S4
2	1	1	4	S1	S2	G	P	S3	S4
3	1	2	3	S1	G1	S2	P	G2	S3
4	1	2	3	S1	G1	S2	G2	P	S3

对于六层板，优先考虑方案3，优选布线层S2，其次S3、 S1。主电源及其对应的地布在4、5层，层厚设置时，增大S2-P之间的间距，缩小P-G2之间的间距（相应缩小G1-S2层之间的间距），以减小电源平面的阻抗，减少电源对S2的影响；

在成本要求较高的时候，可采用方案1，优选布线层S1、 S2，其次S3、 S4，与方案1相比，方案2保证了电源、地平面相邻，减少电源阻抗，但S1、 S2、 S3、 S4全部裸露在外，只有S2才有较好的参考平面；
对于局部、少量信号要求较高的场合，方案4比方案3更适合，它能提供极佳的布线层S2。

3、八层板叠层方案

八层板：优选方案2、 3、可用方案1。

方案	电源	地	信号	L1	L2	L3	L4	L5	L6	L7	L8
1	1	2	5	S1	G1	S2	S3	P	S4	G2	S5
2	1	3	4	S1	G1	S2	G2	P	S3	G3	S4
3	2	2	4	S1	G1	S2	P1	G2	S3	P2	S4
4	2	2	4	S1	G1	S2	P1	P2	S3	G3	S4
5	2	2	4	S1	G1	P1	S2	S3	G2	P2	S4

对于单电源的情况下，方案2比方案1减少了相邻布线层，增加了主电源与对应地相邻，保证了所有信号层与地平面相邻，代价是：牺牲一布线层；
对于双电源的情况，推荐采用方案3，方案3兼顾了无相邻布线层、层压结构对称、主电源与地相邻等优点，但S4应减少关键布线；
方案4：无相邻布线层、层压结构对称，但电源平面阻抗较高；应适当加大3-4、 5-6，缩小 2-3、 6-7之间层间距；
方案5：与方案4相比，保证了电源、地平面相邻；但S2、 S3相邻， S4以P2作参考平面；对于底层关键布线较少以及S2、 S3之间的线间窜扰能控制的情况下此方案可以考虑；

4、十层板叠层方案

十层板：推荐方案2、 3、可用方案1、 4。

方案	电源	地	信号	L1	L2	L3	L4	L5	L6	L7	L8	L9	L10
1	1	3	6	S1	G1	S2	S3	G2	P	S4	S5	G3	S6
2	1	4	5	S1	G1	S2	G2	S3	G3	P	S4	G4	S5
3	2	3	5	S1	G1	S2	P1	S3	G2	P2	S4	G3	S5
4	2	4	4	S1	G1	S2	G3	P1	P2	G3	S3	G4	S4

方案3：扩大3-4与7-8各自间距，缩小5-6间距，主电源及其对应地应置于6、 7层；优选布线层 S2、 S3、 S4，其次S1、 S5；本方案适合信号布线要求相差不大的场合，兼顾了性能、成本；推荐大家使用；但需注意避免S2、 S3之间平行、长距离布线；
方案4： EMC效果极佳，但与方案3比，牺牲一布线层；在成本要求不高、 EMC指标要求较高、且必须双电源层的关键单板，建议采用此种方案；优选布线层S2、 S3, 对于单电源层的情况，首先考虑方案2，其次考虑方案1。方案1具有明显的成本优势，但相邻布线过多，平行长线难以控制；

5、十二层板叠层方案

十二层板：推荐方案2、 3，可用方案1、 4、备用方案5。

方案	电源	地	信号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
5	2	3	7	S1	G1	S2	S3	P1	G2	S4	S5	P2	S6	G3	S7
4	2	5	5	S1	G1	S2	G2	S3	G3	P1	P2	G4	S4	G5	S5
3	2	4	6	S1	G1	S2	G2	S3	P1	G3	S4	P2	S5	G4	S6
2	1	5	6	S1	G1	S2	G2	S3	G3	P	S4	G4	S5	G5	S6
1	1	4	7	S1	G1	S2	G2	S3	P	S4	G3	S5	S6	G4	S7

以上方案中，方案2、 4具有极好的EMC性能，方案1、 3具有较佳的性价比；

目录