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層疊設(shè)計(jì)中的電源完整性:4層/6層板典型層疊方案對(duì)比

  • 2025-03-31 09:24:00
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在高速數(shù)字電路和復(fù)雜電子設(shè)備中,PCB的層疊設(shè)計(jì)對(duì)電源完整性和信號(hào)完整性有著至關(guān)重要的影響。合理的層疊設(shè)計(jì)能夠有效抑制電源噪聲,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。本文將詳細(xì)解析4層和6層板的典型層疊方案,并對(duì)比不同方案對(duì)電源噪聲的抑制效果。

 6層工控PCB板.png

4層板典型層疊方案

 2.1 方案一:SIG-GND-PWR-SIG

- 優(yōu)點(diǎn):信號(hào)層與地平面和電源平面緊密耦合,有助于信號(hào)完整性。

- 缺點(diǎn):電源平面和地平面層間距較大,導(dǎo)致寄生電容較小,對(duì)降低電源分配網(wǎng)絡(luò)阻抗效果有限。

- 適用場景:適用于芯片較多、信號(hào)密集的場合。

 

 2.2 方案二:GND-SIG-PWR-SIG

- 優(yōu)點(diǎn):外層均為地層,中間兩層為信號(hào)/電源層,信號(hào)層上的電源用寬線走線,可降低電源電流路徑阻抗,且信號(hào)微帶路徑阻抗低,外層地屏蔽內(nèi)層信號(hào)輻射,EMI控制效果好。

- 缺點(diǎn):中間兩層信號(hào)、電源混合層間距要拉開,走線方向垂直,避免串?dāng)_,控制板面積,體現(xiàn)20H規(guī)則。

- 適用場景:適用于芯片密度較低、芯片周圍有足夠面積放置電源覆銅層的場合。

 image.png

6層板典型層疊方案

 3.1 方案一:SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG

- 優(yōu)點(diǎn):信號(hào)層與接地層相鄰,電源層和接地層配對(duì),每個(gè)走線層的阻抗都可較好控制,兩個(gè)地層能良好吸收磁力線,為每個(gè)信號(hào)層提供較好的回流路徑。

- 缺點(diǎn):電源層與地層之間的間距應(yīng)盡量減小,以獲得好的電源、地耦合,但62mil的板厚下層間距難以控制得很小。

- 適用場景:適用于芯片密度較大、時(shí)鐘頻率較高的設(shè)計(jì)。

 

 3.2 方案二:GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND

- 優(yōu)點(diǎn):頂層和底層的地平面比較完整,能作為一個(gè)較好的屏蔽層來使用,EMI性能較好。

- 缺點(diǎn):成本較高,適用于器件密度不是很高的情況。

- 適用場景:適用于器件密度不是很高,對(duì)EMI性能要求較高的場合。

 image.png

不同方案對(duì)電源噪聲的抑制效果對(duì)比

 4.1 4層板方案對(duì)比

- SIG-GND-PWR-SIG:信號(hào)層與地平面緊密耦合,對(duì)信號(hào)完整性有利,但電源平面和地平面層間距大,對(duì)電源噪聲抑制效果有限。

- GND-SIG-PWR-SIG:外層地層屏蔽內(nèi)層信號(hào)輻射,EMI控制效果好,但中間兩層信號(hào)、電源混合層間距要拉開,走線方向垂直,避免串?dāng)_。

 

 4.2 6層板方案對(duì)比

- SIG-GND-SIG-PWR-GND-SIG:信號(hào)層與接地層相鄰,電源層和接地層配對(duì),每個(gè)走線層的阻抗都可較好控制,對(duì)電源噪聲抑制效果較好。

- GND-SIG-GND-PWR-SIG-GND:頂層和底層的地平面完整,作為屏蔽層使用,EMI性能好,但成本較高。

 

 五、總結(jié)

合理的層疊設(shè)計(jì)能夠有效抑制電源噪聲,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。4層板和6層板各有其優(yōu)缺點(diǎn),選擇合適的層疊方案需要綜合考慮芯片密度、信號(hào)頻率、EMI性能要求等因素。在實(shí)際設(shè)計(jì)中,應(yīng)根據(jù)具體需求選擇最適合的層疊方案,以實(shí)現(xiàn)最佳的電源完整性和信號(hào)完整性。