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PCB疊層和電磁兼容之間的關系

time : 2019-04-30 09:24       作者:凡億pcb

  在設計PCB時,對于單層板和雙層板而言,一般不用考慮電路板的疊層結構。只有在設計四層以上的PCB時,才需要考慮PCB的疊層設計和阻抗控制問題。今天在這里不討論PCB的阻抗控制方面的內容,主要討論一下PCB疊層設計和電磁兼容之間的關系。

  在PCB疊層設計中,一般的參考原則是:

  (1)在兩個電源地層之間的信號層為最好布線層。

  (2)與電源地層相鄰的信號層為較好布線層。

台湾佬娱乐网  (3)與電源正極層相鄰的信號層為次級布線層。

  (4)在設計疊層結構時,需要考慮電磁干擾源在空間傳播特性上,距離越遠,衰減越快,對信號層干擾越小的原則。

  (5)電源地層具有屏蔽電磁干擾源的作用,其一方面屏蔽和抑制自身信號線產生的干擾源對外輻射,解決自身輻射發射超標的問題;另外,其對外部干擾源也具備一定的屏蔽和抑制作用。

  (6)電源正極層相對電源地層而言,對電磁干擾的屏蔽較弱。

  (7)一般情況下,在設計疊層結構時,最好在內部疊層設計時,讓電源正極層和電源地層相鄰,以提高電源的穩定性。但是,也不絕對,為了提高屏蔽效果,在信號布線較少,元器件較少的情況下,為了提高產品的電磁兼容性,在做四層板疊層設計時,把頂層和底層作為電源地層,內部兩層可以設置一層信號層和一層電源正極層。

台湾佬娱乐网  四層PCB的疊層設計一般采用頂層和底層為信號層,中間兩層為電源正極和電源地層。這樣的疊層設計,緊挨電源地層的信號布線層為相對較好的布線層,緊挨電源正極的信號布線層為次級布線層。一般情況下,建議把距離外殼較遠的信號布線層和地層放在緊挨在一起,這樣可以把敏感信號放在該信號層,把其它信號線設計在另外一層。這樣做的原因是基于干擾源通過外殼引入內部時,距離信號布線層越遠,信號衰減的越多,對敏感信號線的干擾相對較小。

  六層PCB的疊層設計一般如圖1所示。在工作中,應根據不同的原理圖和產品運行環境,進行不同的疊層設計。按照以上7個基本思路綜合考慮即可。

  

台湾佬娱乐网  圖1 原電路板6層板疊層結構

  下面我舉一個在實際工作中遇到的一個產品的PCB疊層設計的實例,來談一下在產品設計中進行PCB疊層設計需要考慮的內容。

  我設計的一種電路板必須采用浮地,且電路板必須與外殼保持足夠的絕緣強度(絕緣耐壓等級應不低于3kV AC,1min,漏流不大于10mA),即電路板沒有能可靠泄放靜電放電、電快速瞬變脈沖群、浪涌等干擾源的接地點和大地,因此,為了提高該電路板的電磁兼容性能。在設計該PCB時,由原來圖1所示的6層板疊層方案修改為如圖2或圖3所示的8層板疊層結構。

  

  圖2 電路板8層板疊層結構方案1

  

  圖3 電路板8層板疊層結構方案2

  相對于圖1所示的6層電路板疊層結構,圖2和圖3所示的8層電路板疊層結構具備以下優勢:

  (1)通過增加2層接地層,使電路板地平面層達到3層以上(包含頂層和底層的接地鋪銅),使電路板有一個整體相對可靠的地。此措施有利于承受更多的干擾。

  (2)通過疊層的修改,使第4層、6層在兩個地平面之間,一方面保證信號層有一個可靠的地平面,另一方面確保這兩個信號布線層通過地層實現屏蔽效果。在布線時,把高速、復位、差分等關鍵信號布線放置到這兩層。其它次級關鍵信號布線到頂層,剩余的信號布線到底層。

  (3)為了盡可能的增加地平面的面積,要求頂層、底層、4層和6層信號層未布線區域必須鋪銅。

  圖2和圖3所示的兩種8層板的疊層設計方案主要區別是:把相對最差的信號層放置在頂層還是底層的問題。這個需要考慮參考原則第4項和散熱設計的要求。在該電路設計時,CPU等發熱元件盡量布局到底層,因為,底層距離外殼最近,有利于散熱。電源模塊放置在頂層,導致頂層距離外殼相對較遠。因此,在本次電路板設計中,我優選的方案是圖2所示的8層PCB的疊層設計方案。

  總之,在進行PCB疊層設計時,要根據電路板的工作環境、電路特點、電磁兼容設計指標等參數進行綜合考慮選擇相對最優的方案即可。