多层板的结构和布局分析

具有许多层的PCB常常用于高速、高性能的系统。其中，多层用于直流电源或地参考平面。这些平面通常没有任何分割的实体平面，因为具有足够的层用作电源或地层，因此没有必要将不同的直流电压置于同一层上。无论一个层的名称是什么（如Ground、+5V、VCC或Digital Power等），该平面将会用作与其相邻的传输线上信号的返回电流通路。构造一个好的低阻抗的返回电流通路是这些平面层的最重要的EMC目标。

信号层分布在实体参考平面层之间，它们可以是对称的带状线或非对称的带状线。在大部分设计中，会使用到这些配置的组合。

下面以一个12层板为例来说明多层板的结构和布局。图1-20所示为一个流行的12层PCB的配置，其分层结构为T-P-S-P-S-P-S-P-S-S-P-B，这里T为顶层、P为参考平面层、S为信号层、B为底层。顶层和底层用作元件焊盘，信号在顶层和底层不会传输太长的距离，以便减少来自走线的直接辐射。该设计所考虑的方面可以用于其他任何叠层配置的设计。

图1-20 12层PCB的配置

下一个要考虑的就是确定哪个参考平面层将必须包含用于不同的直流电压的多个电源区。对于这个实例，假设第11层具有多个直流电压。这就意味着设计者必须将高速信号尽可能远离第10层和底层，因为返回电流不能流过第10层以上的参考平面，并且需要使用耦合电容（Stitching Capacitor）。在该实例中，第3、5、7和9层分别为高速信号的信号层。(www.xing528.com)

然后就要规划最重要信号的布线。在大多数设计场合中，走线尽可能以一个方向进行布局，以便优化层上可能的布线通道数。第3层和第7层可以设定为“东西”走线，而第5层和第9层设置为“南北”走线。走线布在哪一层上要根据其到达的目的和方向决定。

一个重要的考虑方面就是对于高速信号的走线时层的变化，并且哪些不同的层将用于一个独立的走线。另一个重要的考虑方面就是确保返回电流可以从一个参考平面流到需要流过的新参考平面。实际上，最好的设计并不要求返回电流改变参考平面，而是简单地从参考平面的一侧改变到另一侧。例如，下面信号层的组合可以一起用作信号层对：第3层和第5层、第5层和第7层、第7层和第9层。这就允许一个东西方向和一个南北方向形成一个布线组合。但是像第3层和第9层这样的组合就不应该使用，因为这会要求一个返回电流从第4层流到第8层。尽管一个解耦电容可以放置在过孔附近，但是在高频时，由于存在引线和过孔电感而使电容失去作用。这种增加电容的布线策略也会增加元件的数量和产品的成本。

另一个需要重点考虑的方面就是为参考平面层选定直流电压。假设该实例中，一个处理器因为内部信号处理的高速特性，所以在电源/地参考引脚上存在大量的噪声。因此，在为处理器提供的相同直流电压上使用解耦电容非常重要，并且尽可能有效地使用解耦电容。在后面的有关解耦的章节中，将会讨论PCB上解耦电容性能受到所连接的过孔、焊盘和连接走线严格的限制。降低这些元件电感的最好方法就是使连接走线尽可能短和宽，并且尽可能使过孔短而粗。如果第2层分配为Ground并且第4层分配为处理器的电源，则过孔离放置处理器和解耦电容的顶层的距离应该尽可能短。延伸到PCB的底层的过孔剩余部分不包含任何重要的电流，并且非常短，从而不会具有天线的作用。图1-20所示就是这种叠层设计的描述，如果将一个电容放置在PCB的底层，会产生更长的过孔，从而比放置电容在顶层产生更大的电感。

另外，如果将高速信号布在第3层和第5层，则建议使用一个有效元件所驱动的信号走线具有相同的电源作为参考平面。也就是说，来自处理器，如存储单元的总线和其他高速总线的信号应该布在第3层和第5层，因此它们可以共享相同的电源，并且返回电流可以更加容易地返回到它们的源。

尽管上面的讲述主要是着重于最重要的信号和IC，但是这些考虑也应该适用于其他信号和IC。在第10层上的信号应该是低速信号，因为第11层上的参考平面具有多个电源，并且被切分为多个部分。