在高速電路設(shè)計(jì)中，PCB（印刷電路板）的層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的一環(huán)。合理的層疊結(jié)構(gòu)不僅能夠保證信號(hào)的完整性，還能提高電路板的整體性能和可靠性。本文將詳細(xì)探討PCB多層板打樣中的層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
一、層疊結(jié)構(gòu)的基本組成
PCB層疊結(jié)構(gòu)主要由Core和Prepreg（半固態(tài)片，簡(jiǎn)稱PP）組成。Core具有兩個(gè)表層銅箔，表層之間填充的是固態(tài)材料；而PP則起填充作用，材質(zhì)為半固態(tài)樹脂。不同的Core和PP厚度選擇可以構(gòu)成多樣化的層疊結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同的設(shè)計(jì)需求。
二、層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的先決條件
在進(jìn)行層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，需要明確以下幾個(gè)先決條件：
單板總層數(shù)：根據(jù)單板尺寸、信號(hào)數(shù)目、電源種類以及EMC（電磁兼容性）要求，確定信號(hào)層、電源層、地層的數(shù)目，從而得到單板的總層數(shù)。
單板厚度：通常，14層以內(nèi)的單板厚度可選為1.6mm，而16層以上的單板厚度則需達(dá)到2mm以上。
目標(biāo)阻抗：從信號(hào)完整性角度考慮，單端信號(hào)對(duì)地阻抗一般取50Ω，差分對(duì)信號(hào)間阻抗取100Ω。
PCB材質(zhì)：主要關(guān)注介電常數(shù)（Er）和材質(zhì)正切值（tanδ）。Er影響高頻信號(hào)的導(dǎo)通能力，而tanδ則決定信號(hào)的損耗。在高速電路設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量選擇Er和tanδ較小的材質(zhì)，但這也相應(yīng)地增加了PCB的成本。
三、層疊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程
層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是確定信號(hào)層、電源層、地層的排列順序，以及各層的厚度和信號(hào)線上的參數(shù)。具體流程如下：
評(píng)估信號(hào)層數(shù)目：根據(jù)布局設(shè)計(jì)和關(guān)鍵器件間的信號(hào)線密度，評(píng)估所需信號(hào)層的數(shù)目。
評(píng)估電源層和地層數(shù)目：根據(jù)電源種類和信號(hào)層隔離要求，確定所需電源層和地層的數(shù)目。
選擇材質(zhì)：根據(jù)目標(biāo)阻抗和信號(hào)完整性要求，選擇合適的PCB材質(zhì)。
設(shè)計(jì)層疊結(jié)構(gòu)：結(jié)合先決條件，設(shè)計(jì)信號(hào)層、電源層、地層的排列順序和各層厚度。
計(jì)算線寬和層厚：利用阻抗計(jì)算工具，根據(jù)目標(biāo)阻抗和層疊結(jié)構(gòu)參數(shù)，計(jì)算信號(hào)線的線寬和層厚。信號(hào)的阻抗可利用Polar Instruments公司開發(fā)的Polar SI6000或者嘉立創(chuàng)的阻抗計(jì)算神器等工具計(jì)算。
四、層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的案例分析
以一個(gè)16層PCB為例，該板包含10層信號(hào)層、3層電源層和3層地層。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要注意以下幾點(diǎn)：電源平面與地平面的緊密耦合：這有助于降低阻抗，提高信號(hào)完整性。關(guān)鍵信號(hào)線的走線層選擇：高速關(guān)鍵信號(hào)應(yīng)走在信號(hào)完整性最好的層上，如以完整地層為參考的信號(hào)層。線寬與層厚的匹配：為獲得特定的目標(biāo)阻抗，信號(hào)線寬需與信號(hào)所在層距離其相鄰參考層的間距相匹配。表層的使用：表層主要用作BGA器件或貼片器件的信號(hào)線扇出，不用于長(zhǎng)距離走線。
五、高速電路中的特殊考慮
在高速電路設(shè)計(jì)中，還需特別關(guān)注以下幾點(diǎn)：
阻抗控制：確保信號(hào)層與其參考層之間盡量以固態(tài)材料填充，以獲得更好的阻抗控制效果。
正交走線：相鄰平面在走線時(shí)，應(yīng)采用正交走線方式，以減少信號(hào)干擾。
電源層和地層的分割：分割的電源層與地層需保持良好的耦合，以減少電磁干擾。
六、結(jié)論
PCB多層板的層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是高速電路設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)合理的層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以確保信號(hào)的完整性，提高電路板的整體性能和可靠性。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮單板總層數(shù)、單板厚度、目標(biāo)阻抗和PCB材質(zhì)等因素，并結(jié)合具體案例進(jìn)行分析和優(yōu)化。同時(shí)，還需特別關(guān)注高速電路中的特殊考慮，如阻抗控制、正交走線和電源層/地層的分割等。通過(guò)科學(xué)的層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以為高速電路的穩(wěn)定運(yùn)行提供有力保障。
