資料介紹
之前跟大家分享過(guò)知識(shí),提到了四層板和六層板,今天我們一起看看八層半和十層板。
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八層板
一個(gè)八層板可以用來(lái)增加兩個(gè)走線層或通過(guò)增加兩個(gè)平面來(lái)提高EMC性能。雖然我們看到了這兩種情況的例子,但我想說(shuō)的是8層板層疊的大多數(shù)用于提高EMC性能,而不是增加額外的走線層。
八層板比六層板成本增加的百分比小于從四層增加到六層的百分比,因此更容易證明成本增加是為了改善EMC性能。
因此,大多數(shù)八層板(以及我們將在這里集中討論的所有板)由四個(gè)布線層和四個(gè)平面層組成。
八層板第一次為我們提供了機(jī)會(huì),可以輕松地滿足最初提出的五個(gè)目標(biāo)。盡管有許多可能的層疊結(jié)構(gòu),但我們只討論通過(guò)提供出色的EMC性能證明了的少數(shù)幾種層疊。
如上所述,通常使用8層來(lái)提高電路板的EMC性能,而不是增加布線層的數(shù)量。
無(wú)論您決定如何堆疊這些層,都絕對(duì)不建議使用包含六個(gè)布線層的八層板。如果你需要六個(gè)布線層,你應(yīng)該使用一個(gè)十層板。因此,八層板可以看作是具有最佳EMC性能的六層板。
具有出色EMC性能的8層板基本層疊結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖9。
這種配置滿足第1部分中列出的所有目標(biāo)。所有的信號(hào)層都與平面相鄰,并且所有的層緊密耦合在一起。
高速信號(hào)被埋在平面之間,因此平面提供屏蔽,以減少這些信號(hào)的發(fā)射。此外,該板使用多個(gè)接地平面,從而降低接地阻抗。
為了獲得最佳的EMC性能和信號(hào)完整性,當(dāng)高頻信號(hào)換層(例如,從第4層到第5層)時(shí),應(yīng)該在靠近信號(hào)過(guò)孔的兩個(gè)地平面之間添加一個(gè)地對(duì)地過(guò)孔,以便為電流提供一個(gè)就近的返回路徑。
圖9中的層疊可以通過(guò)對(duì)2-3層和6-7層采用某種形式的PCB埋容技術(shù)(如Zycon埋容)進(jìn)一步改進(jìn)。這種方法在高頻去耦方面提供了顯著的改進(jìn),并允許使用更少的離散去耦電容
圖10顯示了另一個(gè)優(yōu)秀的配置,也是我最喜歡的配置之一。這種結(jié)構(gòu)類似于圖7,但包括兩個(gè)外層地面。通過(guò)這種安排,所有布線層都被埋在平面之間,因此被屏蔽。
H1表示信號(hào)1的水平走線層,V1表示信號(hào)1的垂直走線層。H2和V2對(duì)于信號(hào)2表示相同的,雖然不常用,但這種配置也滿足前面提出的所有五個(gè)目標(biāo),并且具有走線相鄰于同一平面的正交信號(hào)的額外優(yōu)勢(shì)。
這種配置的典型層間距可能是.010"/0.005"/0.005"/0.20"/0.005"/0.005"/0.010"。
八層板的另一種可能性是通過(guò)將平面移動(dòng)到圖11所示的中心來(lái)修改圖10。這樣做的好處是有一個(gè)緊密耦合的電源接地平面對(duì),而不能屏蔽跡線。
這基本上是圖7的8層版本。它具有圖7所列的所有優(yōu)點(diǎn),再加上中心的一個(gè)緊密耦合的電源接地平面對(duì)。
這種配置的典型層間距可能0.006"/0.006"/0.015"/0.006"/0.015"/0.006"/0.006"/0.006"。這種配置滿足目標(biāo)1和2、3和5,但不滿足目標(biāo)4。
這是一種性能優(yōu)良的配置,具有良好的信號(hào)交互性,由于電源/地平面是緊密耦合的,因此常常比圖10中的層疊更可取。
圖11中的層疊可以通過(guò)對(duì)4-5層采用某種形式的PCB埋容技術(shù)(如Zycon埋容)進(jìn)一步改進(jìn)。
使用8層以上的電路板幾乎沒(méi)有EMC優(yōu)勢(shì)。通常,只有在信號(hào)跡線布線需要額外的層時(shí),才會(huì)使用多于8層的層疊。如果需要6個(gè)走線層,則應(yīng)使用10層板。
十層板
當(dāng)需要6個(gè)布線層時(shí),應(yīng)該使用10層板。因此,十層板通常有六個(gè)信號(hào)層和四個(gè)平面,不建議在10層板上有6個(gè)以上的信號(hào)層。
十層也是在0.062英寸厚的板上通??梢苑奖愕刂圃斓淖畲髮訑?shù),偶爾你會(huì)看到一塊0.062英寸厚的12層板,但能生產(chǎn)它的制造商數(shù)量有限。
高層數(shù)板(10 )需要薄的介質(zhì)(通常0.006”或低于0.062”厚板),因此它們之間自動(dòng)緊密耦合。當(dāng)正確地設(shè)置層疊和布線,他們可以滿足我們的所有目標(biāo),并將有出色的EMC性能和信號(hào)完整性。
圖12中顯示了一個(gè)非常常見(jiàn)且近乎理想的十層板層疊。這種疊層之所以具有如此好的性能,是因?yàn)樾盘?hào)與回流面的緊密耦合、高速信號(hào)層的屏蔽、多個(gè)地平面的存在以及板中心的電源/地平面對(duì)的緊密耦合。
高速信號(hào)通常布在平面之間的信號(hào)層上(本例中為3-4層和7-8層)。
在這種配置中,對(duì)正交走線信號(hào)進(jìn)行配對(duì)的常用方法是層1和層10(只走低頻信號(hào)),以及層3和層4和層7和層8(都走高速信號(hào))。
通過(guò)這種方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行配對(duì),第2層和第9層上的平面為內(nèi)層上的高頻信號(hào)布線提供屏蔽。
此外,第3層和第4層的信號(hào)通過(guò)中心電源/地平面對(duì)與第7層和第8層的信號(hào)隔離。
例如,高速時(shí)鐘可能在其中一對(duì)上布線,高速地址和數(shù)據(jù)總線可能在另一對(duì)上布線。這樣一來(lái),總線就受到了保護(hù),不受干擾平面發(fā)出的時(shí)鐘噪音污染。
這種層疊滿足所有5個(gè)原始目標(biāo)。
在圖12所示的十層板上布線正交信號(hào)的另一種可能性是將層1和層3、層4和層7、層8和層10配對(duì)。在層1和3、層8和層10的情況下,該方法的優(yōu)點(diǎn)是參考同一平面布正交信號(hào)。
當(dāng)然,缺點(diǎn)是如果第1層和/或第10層上有高頻信號(hào),PCB平面就沒(méi)有提供固有的屏蔽。因此,這些信號(hào)層應(yīng)該非??拷鼈兿噜彽钠矫?這在十層板的情況下是自然發(fā)生的)。
上面討論的每一種布線配置都有一些優(yōu)點(diǎn)和一些缺點(diǎn),如果仔細(xì)設(shè)計(jì),任何一種都可以提供良好的EMC和信號(hào)完整性性能。
圖12中的層疊可以通過(guò)對(duì)第5層和第6層采用某種形式的嵌入式PCB電容技術(shù)(如Zycon埋容)進(jìn)一步改進(jìn),從而提高高頻電源/地平面去耦。
圖13顯示了十層板的另一種可能的層疊。
這種配置放棄了緊密間隔的電源/地平面對(duì),作為回報(bào),它提供三個(gè)信號(hào)布線層對(duì)的屏蔽,該屏蔽由板外層的接地平面實(shí)現(xiàn),并且這些布線層對(duì)由內(nèi)部電源和接地平面相互隔離。
在這種結(jié)構(gòu)中,所有的信號(hào)層都被屏蔽并彼此隔離。如果只有很少的低速信號(hào)可以放在外部信號(hào)層上(如圖12所示),并且大多數(shù)信號(hào)都是高速的,那么圖13的疊加是非常可取的,因?yàn)樗峁┝巳龑?duì)屏蔽的信號(hào)布線層。
這種層疊的一個(gè)問(wèn)題是,在高密度PCB板上,器件安裝焊盤和過(guò)孔會(huì)嚴(yán)重地破壞外部地平面。這個(gè)問(wèn)題必須得到解決,并且要外部層要仔細(xì)布線。
這種配置滿足目標(biāo)1、2、4和5,但不滿足目標(biāo)3。
第三種可能性如圖14所示。這種疊加允許相鄰于同一平面的正交信號(hào)的布線,但在此過(guò)程中也必須放棄緊密間隔的電源/地平面。這種配置類似于圖10所示的八層板,外加兩個(gè)外低頻路由層。
圖14中的配置滿足目標(biāo)1、2、4和5,但不滿足目標(biāo)3。然而,它還有一個(gè)額外的優(yōu)點(diǎn),即正交布線信號(hào)總是參考同一平面。
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