4層PCB簡介-設(shè)計(jì)指南
- 2025-07-16 13:55:00
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4 層 PCB（印刷電路板）是一種常用的多層電路板，具有四個(gè)導(dǎo)電銅層，由絕緣介電層隔開。它在電氣性能、成本和設(shè)計(jì)靈活性之間實(shí)現(xiàn)了很好的平衡，使其成為需要中高復(fù)雜性和信號完整性的應(yīng)用的理想選擇。
什么是 4 層 PCB？
4 層 PCB（印刷電路板）是一種電路板，由四層導(dǎo)電材料組成，由絕緣層隔開。這四個(gè)層通常包括 2 個(gè)內(nèi)層和 2 個(gè)外層。內(nèi)層通常用于配電和接地層，而外層主要用于元件的放置和連接。
4 層 PCB 的優(yōu)勢
減少電磁干擾 （EMI）：電源層和接地層充當(dāng)屏蔽層，減少輻射噪聲。
更好的信號完整性：連續(xù)參考平面減少了阻抗不連續(xù)性。
緊湊的設(shè)計(jì)：支持高密度布線，非常適合空間受限的應(yīng)用。
改進(jìn)的配電：專用平面為電力輸送提供較低電阻的路徑。
復(fù)雜電路的經(jīng)濟(jì)高效：比 6 層 + 板更實(shí)惠，但功能強(qiáng)大，足以支持許多高級應(yīng)用。
4 層 PCB 的應(yīng)用
工業(yè)控制系統(tǒng)
IoT 設(shè)備和傳感器
汽車 ECU 和信息娛樂系統(tǒng)
消費(fèi)電子產(chǎn)品
通訊設(shè)備
4 層 PCB 設(shè)計(jì)
為什么電源層和接地層通常是內(nèi)層，而走線在外層？
穩(wěn)定的電源和接地層有利于降低 EMI 輻射，并且可以提高走線上的信號質(zhì)量。此外，將組件連接到平面比使用走線對電源和接地樹進(jìn)行布線要簡單得多。從 EMC 的角度來看，外層帶有接地的疊層是最好的。組件之間的連接往往在本地集群，而這些本地連接將有相當(dāng)大的機(jī)會(huì)僅在一層上路由。如果你把所有的 traces 都放在 內(nèi)層 上，你將需要一個(gè) via 來讓所有信號從 component 到 signal layers。 例如，當(dāng)使用 SMD 元件時(shí)，連接與元件位于同一層，因此不需要通孔或通孔焊盤。在空間受限的設(shè)計(jì)中，您可以在電路板的另一側(cè)放置更多電路。 SMT 電路總是在表面上，如果您的電源和 GND 在外面，您必須不斷地將其分解以放置零件。此外，如果將電源和 GND 平面放在電路板的外部，則很難調(diào)試。對于 RF 布局，電路板外層和電路板內(nèi)層的走線的規(guī)則不同。如果您正在進(jìn)行 microstrip 布線，則可以使用更少的層。
2 種 4 層 PCB 疊層
標(biāo)準(zhǔn)的 4 層 PCB 疊層如下，GND 和 VCC 可以根據(jù)信號較多的層進(jìn)行切換。
[信號-接地-VCC-信號]
如果您不想通過過孔連接所有接地引腳，則有不同的堆棧，并且電源在信號平面上通過寬走線進(jìn)行布線。
[接地-信號-信號-接地]
這可能是與 4 層 PCB 更好的堆疊，原因如下：
信號層與接地層相鄰。在參考平面上運(yùn)行的信號，其電壓恰好為 VCC，仍將通過該參考平面返回。
信號層與其相鄰平面緊密耦合。
接地層可以充當(dāng)內(nèi)部信號層的屏蔽層。將跟蹤到平面的高度保持在盡可能低的位置，將獲得更好的結(jié)果。
多個(gè)接地層降低了電路板的接地（參考平面）阻抗，并降低了共模輻射。 當(dāng)高速信號改變參考平面時(shí)，附近應(yīng)該有一條路徑，使其返回電流在兩個(gè)參考平面之間移動(dòng)。使用兩個(gè)接地層，您可以通過直接連接兩個(gè)平面的單個(gè)過孔來實(shí)現(xiàn)。對于接地層和電源層，連接必須通過一個(gè)電容器，這通常需要兩個(gè)過孔和一個(gè)電容器。這意味著信號完整性更差，占用的電路板面積更多。另一方面，擁有電源層可以減少電源軌上的電壓降并釋放信號層上的空間。
四層板設(shè)計(jì)的布線原則
1. 優(yōu)先路由
- 優(yōu)先考慮關(guān)鍵信號，例如時(shí)鐘信號、高速信號等。這些信號對布線要求很高，它們的布線應(yīng)該是短的、直的和阻抗匹配的。
- 優(yōu)先考慮電源和接地網(wǎng)絡(luò)的布線，為后續(xù)信號布線提供穩(wěn)定的參考平面。
2. 信號分層
- 高速信號和敏感信號應(yīng)盡可能靠近參考平面（電源層或接地層），以減少環(huán)路電感并確保信號完整性。
不同速率和靈敏度的信號應(yīng)分層以避免相互干擾。
3. 避免越過分叉
- 信號走線應(yīng)盡量避免穿越電源或接地層的分割區(qū)域，否則會(huì)導(dǎo)致返回路徑不連續(xù)，增加信號反射和輻射。
4. 減少循環(huán)面積
- 布線應(yīng)盡量減少信號環(huán)路的面積，以減少電磁輻射和易受外部干擾的可能性。
5. 布線長度控制
- 對于高速信號，應(yīng)嚴(yán)格控制布線長度，使其盡可能相等，以減少信號延遲和相位差。
- clock lines 等 key signals 的 routing length 應(yīng)滿足 timing 要求。
6. 間距控制
- 不同信號之間應(yīng)保持足夠的間距，以防止串?dāng)_。特別是在高速信號和低速信號之間，敏感信號和噪聲信號之間。
7. 阻抗匹配
- 根據(jù)信號的傳輸速率和特性阻抗要求，合理設(shè)計(jì)布線的寬度、間距和堆疊結(jié)構(gòu)，保證阻抗匹配，減少信號反射。
8. 電源和接地布線
- 電源布線應(yīng)具有足夠的寬度來承載電流并避免過大的電壓降。
- 接地層應(yīng)保持完整，盡量減少劃分和斷點(diǎn)，以提供良好的接地回路。
9. 通孔的使用
- 控制過孔的數(shù)量和大小，以最大限度地減少過孔引起的寄生電容和電感。
- 高速信號的通孔應(yīng)背鉆，以減少殘樁的影響。
10. 遵循制造過程
- 布線應(yīng)符合 PCB 制造商的工藝能力和設(shè)計(jì)規(guī)則，以確?？芍圃煨浴?/span>
高密度 4 層 PCB 的高級布線
當(dāng)使用密集的布局時(shí)，尤其是那些涉及高速信號或緊湊元件放置的布局時(shí)，高級布線策略至關(guān)重要。這些技術(shù)包括長度調(diào)整、差分對布線和最小化短截線等技術(shù)。了解返回路徑和串?dāng)_緩解是可靠設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
在 4 層板中放置過孔的最佳實(shí)踐
在 4 層 PCB 中放置通孔直接影響性能和可制造性。錯(cuò)位的過孔會(huì)增加寄生電感和電容，從而降低高速信號質(zhì)量。設(shè)計(jì)人員應(yīng)避免對敏感信號使用不必要的過孔過渡，并在適用時(shí)使用焊盤內(nèi)過孔或背鉆。適當(dāng)?shù)倪^孔拼接還可以確保信號在層之間轉(zhuǎn)換時(shí)穩(wěn)定的參考連續(xù)性，尤其是在電源/接地分離附近。
完整概述：4 層 PCB 基礎(chǔ)知識和常見問題解答
多層 PCB 新手？本基礎(chǔ)指南深入探討了 4 層板的結(jié)構(gòu)、它們相對于 2 層選項(xiàng)有哪些優(yōu)勢，以及設(shè)計(jì)選擇如何影響性能、成本和原型設(shè)計(jì)時(shí)間。它涵蓋了標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語、常用材料，以及有關(guān)疊層、布局工具和銅重量選擇的常見問題的解答。
4 層 PCB 的制造工藝
我們提供高質(zhì)量的多層 PCB 制造服務(wù)，并提供可定制的堆疊選項(xiàng)。
我們的標(biāo)準(zhǔn) 4 層疊層包括：
可根據(jù)電路板厚度（例如 1.6 毫米、2.0 毫米）進(jìn)行定制
外銅：1 盎司或 2 盎司
內(nèi)銅：0.5 盎司或 1 盎司
提供 FR4 或高 Tg 襯底
我們提供設(shè)計(jì)建議，以滿足您的應(yīng)用的信號速度、電流處理和阻抗要求。
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