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PCB叠层和电磁兼容之间的关系

time : 2019-04-30 09:24       作者:凡亿pcb

  在设计PCB时,对于单层板和双层板而言,一般不用考虑电路板的叠层结构。只有在设计四层以上的PCB时,才需要考虑PCB的叠层设计和阻抗控制问题。今天在这里不讨论PCB的阻抗控制方面的内容,主要讨论一下PCB叠层设计和电磁兼容之间的关系。

  在PCB叠层设计中,一般的参考原则是:

  (1)在两个电源地层之间的信号层为最好布线层。

  (2)与电源地层相邻的信号层为较好布线层。

  (3)与电源正极层相邻的信号层为次级布线层。

  (4)在设计叠层结构时,需要考虑电磁干扰源在空间传播特性上,距离越远,衰减越快,对信号层干扰越小的原则。

  (5)电源地层具有屏蔽电磁干扰源的作用,其一方面屏蔽和抑制自身信号线产生的干扰源对外辐射,解决自身辐射发射超标的问题;另外,其对外部干扰源也具备一定的屏蔽和抑制作用。

  (6)电源正极层相对电源地层而言,对电磁干扰的屏蔽较弱。

  (7)一般情况下,在设计叠层结构时,最好在内部叠层设计时,让电源正极层和电源地层相邻,以提高电源的稳定性。但是,也不绝对,为了提高屏蔽效果,在信号布线较少,元器件较少的情况下,为了提高产品的电磁兼容性,在做四层板叠层设计时,把顶层和底层作为电源地层,内部两层可以设置一层信号层和一层电源正极层。

  四层PCB的叠层设计一般采用顶层和底层为信号层,中间两层为电源正极和电源地层。这样的叠层设计,紧挨电源地层的信号布线层为相对较好的布线层,紧挨电源正极的信号布线层为次级布线层。一般情况下,建议把距离外壳较远的信号布线层和地层放在紧挨在一起,这样可以把敏感信号放在该信号层,把其它信号线设计在另外一层。这样做的原因是基于干扰源通过外壳引入内部时,距离信号布线层越远,信号衰减的越多,对敏感信号线的干扰相对较小。

完美彩票注册  六层PCB的叠层设计一般如图1所示。在工作中,应根据不同的原理图和产品运行环境,进行不同的叠层设计。按照以上7个基本思路综合考虑即可。

  

  图1 原电路板6层板叠层结构

  下面我举一个在实际工作中遇到的一个产品的PCB叠层设计的实例,来谈一下在产品设计中进行PCB叠层设计需要考虑的内容。

  我设计的一种电路板必须采用浮地,且电路板必须与外壳保持足够的绝缘强度(绝缘耐压等级应不低于3kV AC,1min,漏流不大于10mA),即电路板没有能可靠泄放静电放电、电快速瞬变脉冲群、浪涌等干扰源的接地点和大地,因此,为了提高该电路板的电磁兼容性能。在设计该PCB时,由原来图1所示的6层板叠层方案修改为如图2或图3所示的8层板叠层结构。

  

  图2 电路板8层板叠层结构方案1

  

完美彩票注册  图3 电路板8层板叠层结构方案2

  相对于图1所示的6层电路板叠层结构,图2和图3所示的8层电路板叠层结构具备以下优势:

  (1)通过增加2层接地层,使电路板地平面层达到3层以上(包含顶层和底层的接地铺铜),使电路板有一个整体相对可靠的地。此措施有利于承受更多的干扰。

  (2)通过叠层的修改,使第4层、6层在两个地平面之间,一方面保证信号层有一个可靠的地平面,另一方面确保这两个信号布线层通过地层实现屏蔽效果。在布线时,把高速、复位、差分等关键信号布线放置到这两层。其它次级关键信号布线到顶层,剩余的信号布线到底层。

完美彩票注册  (3)为了尽可能的增加地平面的面积,要求顶层、底层、4层和6层信号层未布线区域必须铺铜。

  图2和图3所示的两种8层板的叠层设计方案主要区别是:把相对最差的信号层放置在顶层还是底层的问题。这个需要考虑参考原则第4项和散热设计的要求。在该电路设计时,CPU等发热元件尽量布局到底层,因为,底层距离外壳最近,有利于散热。电源模块放置在顶层,导致顶层距离外壳相对较远。因此,在本次电路板设计中,我优选的方案是图2所示的8层PCB的叠层设计方案。

  总之,在进行PCB叠层设计时,要根据电路板的工作环境、电路特点、电磁兼容设计指标等参数进行综合考虑选择相对最优的方案即可。