PCB电磁兼容设计层的设置

在PCB的电磁兼容设计中,首先考虑的是层的设置,单板的层数由电源、地的层数和信号层数组成。电源层、地层和信号层的相对位置以及电源、地平面的分割对单板的电磁兼容性指标至关重要。 

应根据单板的电源、地的种类、信号密度、板级工作频率、有特殊布线要求的信号数量以及综合单板的性能指标要求与成本承受能力,确定单板的层数。对于电磁兼容性指标要求苛刻而相对成本能承受的情况下,适当增加地平面是PCB的电磁兼容设计的杀手锏之一。 

1. VCC/GND的层数 

单板电源的层数由其种类和数量决定,对于单一电源供电的PCB,一个电源平面就足够了。对于多种电源,若互不交错,可考虑采取电源层分割(保证相邻层的关键信号布线不跨分割区);对于电源互相交错的单板,则必须考虑采用两个或两个以上的电源平面,每个电源平面的设置需满足以下条件: 

(1)单一电源或多种互不交错的电源; 

(2)相邻层的关键信号不跨分割区; 

(3)元件面下面有相对完整的地平面; 

(4)高频、高速、时钟等关键信号有一相邻地平面; 

(5)关键电源有一对应地平面相邻。 

2. 信号层数 

在工具软件中,网表调入完毕后,EDA软件能提供布局、布线密度参数报告,由此参数可对信号所需的层数有个大致的判断;经验丰富的PCB工程师,能根据以上参数再结合板级工作频率、有特殊布线要求的信号数量以及单板的性能指标要求与成本承受能力,最后确定单板的信号层数。 

信号层数主要取决于功能实现,从电磁兼容性的角度,需要考虑关键信号网络(强辐射网络以及易受干扰的小、弱信号)的屏蔽或隔离措施。 

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电磁兼容性工程师都不能回避的话题。 

单板层排布的一般规则: 

(1)元件面下面为地平面,提供器件屏蔽层以及为顶层布线提供参考平面; 

(2)所有信号层尽可能与地平面相邻; 

(3)尽量避免两信号层直接相邻; 

(4)主电源尽可能与其对应地相邻; 

(5)兼顾层压结构对称; 

(6)无相邻平行布线层,关键信号与地层相邻,不跨分割区。 

下面以4层板为例介绍层的排布。 

方案一是目前主选的层设置方案,在元件面下面有一地平面,关键信号优选TOP层,至于层厚设置,建议如下: 

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; 

保证电源平面的去耦效果。 

方案二是不建议采用的方案,因为其至少存在以下缺陷: 

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,由于目前的电路板大量采用表贴元件,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。很难实现屏蔽效果。 

方案三适用于主要器件在BOTTOM 布局或关键信号底层布线的情况,一般情况下,不建议使用此方案。 

文章来源:板朗科技

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