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PCB Stack设计 作者:luqiliang 日期:2010-3-2 3:13:0 字体大小: 小 中 大 在高速数字电路设计流程中，第一步需要做的就是根据系统的复杂程度，成本因素等相关方面决定印制电路板(PCB)的叠层结构(Stack)，而在PCB stack设计的过程中，特征阻抗也是一个重点关注的问题。 1 叠层结构的选择 电路板的叠层结构分为2层，4层，6层，8层，10层等等。目前常用的用于主板设计的主要有4层与6层，至于8层。而对于更为复杂的系统，像小面积的Add-in? Card，大型通信设备中的某一模块，像SDH，Multi-serve Router，这些设备常用12层甚至是更多层。本文主要的出发点就是以较为简单的例子，介绍PCB叠层设计中的参数问题。 1.1 4层电路板 对于4层电路板，这是市场上最常用的一种叠层结构，它的结构无外乎下面几种方案，如图1，具体取决于哪种方案最好，主要是看布线层面的选择，参考平面的选择以及EMC/EMI的考虑。这里把signal层放在内层有利于屏蔽辐射，便于EMC的设计，但不利于系统的Debug。常用的方案是04A。 图1 1.2 6层电路板 对于6层版，叠层结构的选择性较多，如图2。 图2 最常用的叠层结构主要是06A，06G，06K。06A有四层布线层，便于布线。06G有两个GND，这样的话Top与Bottom层参考平面都是GND，是一种很好的选择。对于06K，这样做，主要是3个信号层布线有点紧张，让第四层作为备用的信号层，最后不用的地方都铺上铜箔，即确切的说，该种叠层结构的layer4是signal/GND。对于其他的叠层结构，像10层，18层，这里不多介绍，下图以便参考。 2 特征阻抗的计算 设计完叠层结构，具体的就要设计各个叠层的厚度了，这里主要的切入点就是特征阻抗，电源平面和地平面的目标阻抗了。 对特征阻抗的理解可以类似于软水管，特征阻抗类似软水管对水流的阻力，电流类似于水流，走线与参考平面的距离类似于软水管与地平面的距离——可想象为体现在压强方面。 2.1 影响特征阻抗因素 影响特征阻抗的因素很多，主要体现在下面几个方面： 1 介电质常数,与阻抗值成反比 [Er值愈高 , Z0值愈低] 2 线路层与接地层间介电层厚度,与阻抗值成正比,参考基板及PP之压合厚度，[介层愈厚 , Z0值愈高]，介电层厚度类比于软水管离地平面的高度，介电层厚度越大，表示离地平面越高，从而导致水流变缓，好比软水管对水的阻力变大，从而特征阻抗变大。 3 线宽,与阻抗成反比 [线宽愈细 , Z0值愈高]，线宽越细，表示软水管截面积变小，对水流的阻力变大，从而水利变小，特征阻抗变大。 4 铜厚,与阻抗值成反比 [铜愈厚 , Z0值愈低]，铜厚变小，表示软水管截面积变小，对水流的阻力变大，从而水利变小，特征阻抗变大。 =一般来说，内层为基板铜厚,厂内1OZ=1.2 mil~1.4mil,外层为基板铜箔厚度+镀铜厚度 5 差动阻抗相邻线路与线路之间的间距,与阻抗值成正比 [Spacing愈小 , Z0值愈低]，这个很好理解，间距变小，表示耦合越好，从而软水管对水流的阻力越小，特征阻抗变小。 6 线路层与线路层间介电层厚度,与阻抗值成反比。 7 防焊漆厚度,与阻抗值成反比[绿漆愈厚 , Z0值愈低]，绿漆可以类比于堤坝对水流的保护作用，绿漆越厚，堤坝越厚，表示对水流的保护作用越好，水流都不会丢失，从而水流越大，对水流的阻碍越小，特征阻抗越低。 2.2 Microstrip单端阻抗模型 下图是表示微带线(Microstrip)的单端阻抗计算方法： 1 Surface Microstrip 适用范围： 外层防焊前阻抗计算 参数 说明 H 外层到VCC/GND间介电质厚度 W2 阻抗线上缘线宽 W1 阻抗线下缘线宽 T1 阻抗线铜厚=基板铜厚+电镀铜厚 2 Coated Microstrip 适用范围： 外层防焊后阻抗计算 参数 说明 H1 外层到相邻VCC/GND间介电质厚度 C1/C2 覆盖线路绿漆厚度 W2 阻抗线上缘线宽 W1 阻抗线下缘线宽 T1 阻抗线铜厚=基板铜厚+电镀铜厚 图3 2.3 Microstrip差分阻抗模型 下图表示微带线的差分阻抗计算方法：(带状线计算方法后面章节会介绍) 1 Edge-coupled Surface Microstrip 适用范围： 外层防焊前差动阻抗计算 参数 说明 H1 外层到VCC/GND介电质厚度 W2 阻抗线上缘线宽 W1 阻抗线下缘线宽 S1 相邻两根阻抗线间距 T1 线铜厚=基板铜厚+电镀铜厚 2 Edge-coupled Coated Microstrip 适用范围： 外层防焊后差动阻抗计算