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在实际的项目中单层或2层的PCB比例越来越少,主要原因是现在产品的集成度越来越高、速度越来越快,无论是因为板卡的空间有限、还是因为用到的芯片的管脚密度高、亦或是高速的电路需要保证其信号完整性等,4层以上的板子的设计成了硬件工程师一定会遇到的需求,因此本期的摩尔吧视频课程就大致梳理了一下多层板的一些设计要点,比较基础,适合初学者参考,如果要深入了解,需要在实际的项目中结合电磁场理论深入思考。

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多层板指的是4层以及4层以上的PCB板。主要用于板卡尺寸受限、器件管脚密度较高以及需要保障性能的场景。

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多层板带来的优点主要有这4点。

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有优点就会有代价,当然这些缺点也无法阻挡多层板的需要,因为产品毕竟是满足性能需求为前提。

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如果你的项目中需要多层板设计,先要确认你的库是否为多层构建的,同时了解一下制板厂的加工能力以及他们对设计的要求,然后再进行层数的设定。

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0V平面也就是我们常说的地平面 - 地层,它的作用可大了,4层板一般就要专门的0V平面,即便是2层板,为了获得更好的性能,也需要大面积铺地。

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层叠的原则,以及4层板2种不同的层叠方式,各有利弊,无法十全十美。

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6层板的两种层叠方式。

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我们经常提到的“高速电路”,究竟什么才是“高速”,并不一定频率非常高才算高速,低频率时钟的高速上升沿,如果电路中该上升沿在起作用,那也要按照高速数字设计的方式来考虑。

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这个图谈到了两点 - 去偶电容的两个管脚通过过孔到电源平面和地平面的连接方式,以及0V平面要多出信号平面的边缘一定的距离(见后面的20H原则)

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板子上的每一个过孔都是要付费的(统计结论一个板子加工成本的30-40%来自于过孔),而任何一个过孔都会带来信号的延迟,因为它们都等效为一个串联电杆和并联电容构成的低通滤波器,这就像过街天桥或者地下通道一样,对行人的速度会有所影响,走的越快的人通过地下通道的时候速度影响越大。

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电源平面和地平面要尽可能贴近,而且地平面的边沿要超出电源平面边沿20个间距的尺寸,以降低边缘场对其它器件的影响。

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板子上的信号线要避免平行走线,两根平行的走线会通过电容进行互感,从而导致交调(Crosstalk),实在不得已要进行平行走线的时候,就要保证两根走线的中心距离大于其线宽的3倍,并尽可能在走线下面铺设0V平面。

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看起来像针对作恶多端的犯人押解的时候两边的保镖,对于发射能力比较强的信号线,最好在其边上铺设保护线,而保护线的两端都与0V平面相连接(保镖时刻与总部保持联系),如果走线较长,最好是每隔一段距离在保护线上通过过孔同0V平面进行连接,这个间隔可以是信号线上的信号波长的20分之一。

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对于辐射能力强的IC或晶体其摆放位置也是有要求的,不能靠板子的边缘,因为它们会产生高密度的近场辐射,需要通过下面铺色的平面构成镜像终结辐射场,而这样的平面需要比器件的边沿多出至少5mm的距离。

本文转载自:电路设计技能
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