層疊的定義及添加

　　對(duì)高速多層板來(lái)說(shuō)，默認(rèn)的兩層設(shè)計(jì)無(wú)法滿足布線信號(hào)質(zhì)量及走線密度要求，這個(gè)時(shí)候需要對(duì) PCB 層疊進(jìn)行添加，以滿足設(shè)計(jì)的要求。

　　正片層與負(fù)片層

　　正片層就是平常用于走線的信號(hào)層（直觀上看到的地方就是銅線），可以用“線”“銅皮”等進(jìn)行大塊鋪銅與填充操作，如圖 8-32 所示。

　　圖 8-32  正片層

　　負(fù)片層則正好相反，即默認(rèn)鋪銅，就是生成一個(gè)負(fù)片層之后整一層就已經(jīng)被鋪銅了，走線的地方是分割線，沒(méi)有銅存在。要做的事情就是分割鋪銅，再設(shè)置分割后的鋪銅的網(wǎng)絡(luò)即可，如圖 8-33 所示。

　　圖 8-33  負(fù)片層

　　內(nèi)電層的分割實(shí)現(xiàn)

　　在 Protel 版本中，內(nèi)電壓是用“分裂”來(lái)分割的，而現(xiàn)在用的版本 Altium Designer 19 直接用“線條”、快捷鍵“PL”來(lái)分割。分割線不宜太細(xì)，可以選擇 15mil 及以上。分割鋪銅時(shí)，只要用“線條”畫一個(gè)封閉的多邊形框，再雙擊框內(nèi)鋪銅設(shè)置網(wǎng)絡(luò)即可，如圖 8-34 所示。

　　圖 8-34  雙擊給予網(wǎng)絡(luò)

　　正、負(fù)片都可以用于內(nèi)電層，正片通過(guò)走線和鋪銅也可以實(shí)現(xiàn)。負(fù)片的好處在于默認(rèn)大塊鋪銅填充，再進(jìn)行添加過(guò)孔、改變鋪銅大小等操作都不需要重新鋪銅，這樣省去了重新鋪銅計(jì)算的時(shí)間。中間層用電源層和 GND 層（也稱地層、地線層、接地層）時(shí)，層面上大多是大塊鋪銅，這樣用負(fù)片的優(yōu)勢(shì)就很明顯。

　　PCB 層疊的認(rèn)識(shí)

　　隨著高速電路的不斷涌現(xiàn)，PCB 的復(fù)雜度也越來(lái)越高，為了避免電氣因素的干擾，信號(hào)層和電源層必須分離，所以就牽涉到多層 PCB 的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)多層 PCB 之前，設(shè)計(jì)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(lái)確定所采用的電路板結(jié)構(gòu)，也就是決定采用 4 層、6 層，還是更多層數(shù)的電路板。這就是設(shè)計(jì)多層板的一個(gè)簡(jiǎn)單概念。

　　確定層數(shù)之后，再確定內(nèi)電層的放置位置及如何在這些層上分布不同的信號(hào)。這就是多層 PCB 層疊結(jié)構(gòu)的選擇問(wèn)題。層疊結(jié)構(gòu)是影響 PCB 的 EMC 性能的一個(gè)重要因素，一個(gè)好的層疊設(shè)計(jì)方案將會(huì)大大減小電磁干擾（EMI）及串?dāng)_的影響。

　　板的層數(shù)不是越多越好，也不是越少越好，確定多層 PCB 的層疊結(jié)構(gòu)需要考慮較多的因素。從布線方面來(lái)說(shuō)，層數(shù)越多越利于布線，但是制板成本和難度也會(huì)隨之增加。對(duì)生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)，層疊結(jié)構(gòu)對(duì)稱與否是 PCB 制造時(shí)需要關(guān)注的焦點(diǎn)。所以，層數(shù)的選擇需要考慮各方面的需求，以達(dá)到最佳的平衡。

　　對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，在完成元件的預(yù)布局后，會(huì)對(duì) PCB 的布線瓶頸處進(jìn)行重點(diǎn)分析，再綜合有特殊布線要求的信號(hào)線（如差分線、敏感信號(hào)線等）的數(shù)量和種類來(lái)確定信號(hào)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(lái)確定內(nèi)電層的層數(shù)。這樣，整個(gè)電路板的層數(shù)就基本確定了。

　　常見(jiàn)的 PCB 層疊

　　確定了電路板的層數(shù)后，接下來(lái)的工作便是合理地排列各層電路的放置順序。圖 8-35 和圖 8-36 分別列出了常見(jiàn)的 4 層板和 6 層板的層疊結(jié)構(gòu)。

　　圖 8-35  常見(jiàn)的 4 層板的層疊結(jié)構(gòu)

　　圖 8-36  常見(jiàn)的 6 層板的層疊結(jié)構(gòu)

　　層疊分析

　　怎么層疊？哪樣層疊更好？一般遵循以下幾點(diǎn)基本原則。

　　① 元件面、焊接面為完整的地平面（屏蔽）。

　?、?盡可能無(wú)相鄰平行布線層。

　?、?所有信號(hào)層盡可能與地平面相鄰。

　?、?關(guān)鍵信號(hào)與地層相鄰，不跨分割區(qū)。

　　可以根據(jù)以上原則，對(duì)如圖 8-35 和圖 8-36 所示的常見(jiàn)的層疊方案進(jìn)行分析，分析情況如下。

　?。?）3 種常見(jiàn)的 4 層板的層疊方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表 8-1 所示。

　?。?）4 種常見(jiàn)的 6 層板的層疊方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表 8-2 所示。

　　通過(guò)方案 1 到方案 4 的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在優(yōu)先考慮信號(hào)的情況下，選擇方案 3 和方案 4 會(huì)明顯優(yōu)于前面兩種方案。但是在實(shí)際設(shè)計(jì)中，產(chǎn)品都是比較在乎成本的，然后又因?yàn)椴季€密度大，通常會(huì)選擇方案 1 來(lái)做層疊結(jié)構(gòu)，所以在布線的時(shí)候一定要注意相鄰兩個(gè)信號(hào)層的信號(hào)交叉布線，盡量讓串?dāng)_降到最低。

　　（3）常見(jiàn)的 8 層板的層疊推薦方案如圖 8-37 所示，優(yōu)選方案 1 和方案 2，可用方案 3。

　　圖 8-37  常見(jiàn)的 8 層板的層疊推薦方案

　　層的添加及編輯

　　確認(rèn)層疊方案之后，如何在 Altium Designer 當(dāng)中進(jìn)行層的添加操作呢？下面簡(jiǎn)單舉例說(shuō)明如下。

　?。?）執(zhí)行菜單命令“設(shè)計(jì) - 層疊管理器”或者按快捷鍵“DK”，進(jìn)入如圖 8-38 所示的層疊管理器，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置。

　　圖 8-38  層疊管理器

　?。?）單擊鼠標(biāo)右鍵，執(zhí)行“Insert layer above”或“Insert layer below”命令，可以進(jìn)行添加層操作，可添加正片或負(fù)片；執(zhí)行“Move layer up”或“Move layer down”命令，可以對(duì)添加的層順序進(jìn)行調(diào)整。

　　（3）雙擊相應(yīng)的名稱，可以更改名稱，，一般可以改為 TOP、GND02、SIN03、SIN04、PWR05、BOTTOM 這樣，即采用“字母+層序號(hào)（Altium Designer 19 自帶這個(gè)功能）”，這樣方便讀取識(shí)別。

　?。?）根據(jù)層疊結(jié)構(gòu)設(shè)置板層厚度。

　?。?）為了滿足設(shè)計(jì)的 20H，可以設(shè)置負(fù)片層的內(nèi)縮量。

　?。?）單擊“OK”按鈕，完成層疊設(shè)置。一個(gè) 4 層板的層疊效果如圖 8-39 所示。

　　圖 8-39  4 層板的層疊效果

　　建議信號(hào)層采取正片的方式處理，電源層和地線層采取負(fù)片的方式處理，可以在很大程度上減小文件數(shù)據(jù)量的大小和提高設(shè)計(jì)的速度。