在設計多層PCB電路板之前，設計者需要首先根據(jù)電路的規(guī)模、電路板的尺寸和電磁兼容（EMC） 的要求來確定所采用的電路板結(jié)構，也就是決定采用4層，6層，還是更多層數(shù)的電路板。確定層數(shù)之后，再確定內(nèi)電層的放置位置以及如何在這些層上分布不同的 信號。這就是多層PCB層疊結(jié)構的選擇問題。層疊結(jié)構是影響PCB板EMC性能的一個重要因素，也是抑制電磁干擾的一個重要手段。本節(jié)將介紹多層PCB板 層疊結(jié)構的相關內(nèi)容。

11.1.1 層數(shù)的選擇和疊加原則

確定多層PCB板的層疊結(jié)構需要考慮較多的因素。從布線方面來說，層數(shù)越多越利于布線，但是制板成本和難度也會隨之增加。對于生產(chǎn)廠家來說，層疊結(jié)構對稱與否是PCB板制造時需要關注的焦點，所以層數(shù)的選擇需要考慮各方面的需求，以達到最佳的平衡。

對于有經(jīng)驗的設計人員來說，在完成元器件的預布局后，會對PCB的布線瓶頸處進行重點分析。結(jié)合其他EDA工具分析電路板的布線密度；再綜合有特殊布線要 求的信號線如差分線、敏感信號線等的數(shù)量和種類來確定信號層的層數(shù)；然后根據(jù)電源的種類、隔離和抗干擾的要求來確定內(nèi)電層的數(shù)目。這樣，整個電路板的板層 數(shù)目就基本確定了。

確定了電路板的層數(shù)后，接下來的工作便是合理地排列各層電路的放置順序。在這一步驟中，需要考慮的因素主要有以下兩點。

（1）特殊信號層的分布。

（2）電源層和地層的分布。

如果電路板的層數(shù)越多，特殊信號層、地層和電源層的排列組合的種類也就越多，如何來確定哪種組合方式最優(yōu)也越困難，但總的原則有以下幾條。

（1）信號層應該與一個內(nèi)電層相鄰（內(nèi)部電源/地層），利用內(nèi)電層的大銅膜來為信號層提供屏蔽。

（2）內(nèi)部電源層和地層之間應該緊密耦合，也就是說，內(nèi)部電源層和地層之間的介質(zhì)厚度應該取較小的值，以提高電源層和地層之間的電容，增大諧振頻率。內(nèi)部 電源層和地層之間的介質(zhì)厚度可以在Protel的Layer Stack Manager（層堆棧管理器）中進行設置。選擇【Design】/【Layer Stack Manager…】命令，系統(tǒng)彈出層堆棧管理器對話框，用鼠標雙擊Prepreg文本，彈出如圖11-1所示對話框，可在該對話框的Thickness選 項中改變絕緣層的厚度。

 

如果電源和地線之間的電位差不大的話，可以采用較小的絕緣層厚度，例如5mil（0.127mm）。

（3）電路中的高速信號傳輸層應該是信號中間層，并且夾在兩個內(nèi)電層之間。這樣兩個內(nèi)電層的銅膜可以為高速信號傳輸提供電磁屏蔽，同時也能有效地將高速信號的輻射限制在兩個內(nèi)電層之間，不對外造成干擾。

（4）避免兩個信號層直接相鄰。相鄰的信號層之間容易引入串擾，從而導致電路功能失效。在兩信號層之間加入地平面可以有效地避免串擾。

（5）多個接地的內(nèi)電層可以有效地降低接地阻抗。例如，A信號層和B信號層采用各自單獨的地平面，可以有效地降低共模干擾。

（6）兼顧層結(jié)構的對稱性。

11.1.2 常用的層疊結(jié)構

下面通過4層板的例子來說明如何優(yōu)選各種層疊結(jié)構的排列組合方式。

對于常用的4層板來說，有以下幾種層疊方式（從頂層到底層）。
（1）Siganl_1（Top），GND（Inner_1），POWER（Inner_2），Siganl_2（Bottom）。
（2）Siganl_1（Top），POWER（Inner_1），GND（Inner_2），Siganl_2（Bottom）。
（3）POWER（Top），Siganl_1（Inner_1），GND（Inner_2），Siganl_2（Bottom）。

顯然，方案3電源層和地層缺乏有效的耦合，不應該被采用。

那么方案1和方案2應該如何進行選擇呢？一般情況下，設計人員都會選擇方案1作為4層板的結(jié)構。選擇的原因并非方案2不可被采用，而是一般的PCB板都只 在頂層放置元器件，所以采用方案1較為妥當。但是當在頂層和底層都需要放置元器件，而且內(nèi)部電源層和地層之間的介質(zhì)厚度較大，耦合不佳時，就需要考慮哪一 層布置的信號線較少。對于方案1而言，底層的信號線較少，可以采用大面積的銅膜來與POWER層耦合；反之，如果元器件主要布置在底層，則應該選用方案2 來制板。

如果采用如圖11-1所示的層疊結(jié)構，那么電源層和地線層本身就已經(jīng)耦合，考慮對稱性的要求，一般采用方案1。

在完成4層板的層疊結(jié)構分析后，下面通過一個6層板組合方式的例子來說明6層板層疊結(jié)構的排列組合方式和優(yōu)選方法。

（1）Siganl_1（Top），GND（Inner_1），Siganl_2（Inner_2），Siganl_3（Inner_3），POWER（Inner_4），Siganl_4（Bottom）。

方案1采用了4層信號層和2層內(nèi)部電源/接地層，具有較多的信號層，有利于元器件之間的布線工作，但是該方案的缺陷也較為明顯，表現(xiàn)為以下兩方面。

① 電源層和地線層分隔較遠，沒有充分耦合。
② 信號層Siganl_2（Inner_2）和Siganl_3（Inner_3）直接相鄰，信號隔離性不好，容易發(fā)生串擾。
（2）Siganl_1（Top），Siganl_2（Inner_1），POWER（Inner_2），GND（Inner_3），Siganl_3（Inner_4），Siganl_4（Bottom）。

方案2相對于方案1，電源層和地線層有了充分的耦合，比方案1有一定的優(yōu)勢，但是Siganl_1（Top）和Siganl_2（Inner_1）以及 Siganl_3（Inner_4）和Siganl_4（Bottom）信號層直接相鄰，信號隔離不好，容易發(fā)生串擾的問題并沒有得到解決。

（3）Siganl_1（Top），GND（Inner_1），Siganl_2（Inner_2），POWER（Inner_3），GND（Inner_4），Siganl_3（Bottom）。
相對于方案1和方案2，方案3減少了一個信號層，多了一個內(nèi)電層，雖然可供布線的層面減少了，但是該方案解決了方案1和方案2共有的缺陷。

① 電源層和地線層緊密耦合。
② 每個信號層都與內(nèi)電層直接相鄰，與其他信號層均有有效的隔離，不易發(fā)生串擾。
③ Siganl_2（Inner_2）和兩個內(nèi)電層GND（Inner_1）和POWER（Inner_3）相鄰，可以用來傳輸高速信號。兩個內(nèi)電層可以有效地屏蔽外界對Siganl_2（Inner_2）層的干擾和Siganl_2（Inner_2）對外界的干擾。

綜合各個方面，方案3顯然是最優(yōu)化的一種，同時，方案3也是6層板常用的層疊結(jié)構。
通過對以上兩個例子的分析，相信讀者已經(jīng)對層疊結(jié)構有了一定的認識，但是在有些時候，某一個方案并不能滿足所有的要求，這就需要考慮各項設計原則的優(yōu)先級問題。遺憾的是由于

電路板的板層設計和實際電路的特點密切相關，不同電路的抗干擾性能和設計側(cè)重點各有所不同，所以事實上這些原則并沒有確定的優(yōu)先級可供參考。但可以確定的 是，設計原則2（內(nèi)部電源層和地層之間應該緊密耦合）在設計時需要首先得到滿足，另外如果電路中需要傳輸高速信號，那么設計原則3（電路中的高速信號傳輸 層應該是信號中間層，并且夾在兩個內(nèi)電層之間）就必須得到滿足。表11-1給出了多層板層疊結(jié)構的參考方案，供讀者參考。