高速PCB的层叠设计

板层的结构是决定系统的EMC性能一个很重要的因素。一个好的板层结构对抑制PCB中辐射起到良好的效果。在现在常见的高速电路系统中大多采用多层板而不是单面板和双面板。在设计多面板时候需要注意以下方面。
1. 一个信号层应该和一个敷铜层相邻；
2. 信号层应该和临近的敷铜层紧密耦合（即信号层和临近敷铜层之间的介质厚度很小）；
3. 电源敷铜和地敷铜应该紧密耦合；
4. 系统中的高速信号应该在内层且在两个敷铜之间，这样两个敷铜可以为这些高速信号提供屏蔽作用且将这些信号的辐射限制在两个敷铜区域；
5. 多个地敷铜层可以有效的减小PCB板的阻抗，减小共模EMI。
下面就多层板的板层结构设计做一简单的叙述。如表1—4所示
表1 4层板叠层
A B C D
Layer1 Signal Power Ground Signal/Power
Layer2 Power Signal Signal/Power Ground
Layer3 Ground Signal Signal/Power Ground
Layer4 Signal Ground Signal Signal/Power
表2 6层板叠层
A B C D
Layer1 Signal Signal Ground Signal
Layer2 Power Signal Signal Ground
Layer3 Signal Power Power Signal
Layer4 Signal Ground Signal Power
Layer5 Ground Signal Ground Ground
Layer6 Signal Signal Signal Signal

表3 8层板叠层
A B C
Layer1 Signal Ground Signal
Layer2 Power Signal Ground
Layer3 Ground Ground Signal
Layer4 Signal Signal Ground
Layer5 Signal Signal Power
Layer6 Ground Power Signal
Layer7 Power Signal Ground
Layer8 Signal Ground Signal

表4 10层板叠层
A B C
Layer1 Signal Ground Signal
Layer2 Ground Signal Power
Layer3 Signal Signal Signal
Layer4 Signal Ground Ground
Layer5 Power Signal Signal
Layer6 Ground Signal Signal
Layer7 Signal Power Ground
Layer8 Signal Signal Signal
Layer9 Ground Signal Ground
Layer10 Signal Ground Signal
在上面4个表中所示的板层结构安排，大多是不能完全符合上面的5个要点。这就需要根据实际的系统要求选择适当的板层结构。下面就现在常用的6层板结构做一说明。
A：第2和第5层为电源和地敷铜，由于电源敷铜阻抗高，对控制共模EMI辐射非常不利。不过，从信号的阻抗控制观点来看，这一方法却是非常正确的。因为这种板层设计中，信号走线层的Layer1和Layer3，Layer4和Layer6构成了两对较为合理的走线组合。
B：将电源和地分别放在第3和第4层，这一设计解决了电源敷铜阻抗问题，由于第1层和第6层的电磁屏蔽性能差，差模EMI增加了。如果两个外层上的信号线数量最少，走线长度很短(短于信号最高谐波波长的1/20)，则这种设计可以解决差模EMI问题。将外层上的无元件和无走线区域敷铜填充并将敷铜区接地(每1/20波长为间隔)，则对差模EMI的抑制特别好。
C：从信号的质量角度考虑，很显然C例中的板层安排最为合理的。因为这样的结构对信号的高频回流的路径是比较理想的。但是这样安排有个比较突出的缺点：信号的走线层少。所以这样的系统适用于高性能的要求。
D：这可实现信号完整性设计所需要的环境。信号层与接地层相邻，电源层和接地层配对。显然，不足之处是层的结构不平衡（不平衡的敷铜可能会导致PCB板的翘曲变形）。解决问题的办法是将第3层所有的空白区域敷铜，敷铜后如果第3层的敷铜密度接近于电源层或接地层，这块板可以不严格地算作是结构平衡的电路板。敷铜区必须接电源或接地。
现在使用的8层板多数是为了提高6层板的信号质量而设计。由表3中知道8层板相比6层板并没有增加信号的走线层，而是多了两个敷铜层，所以可以优化系统的EMC性能。