中心議題：

• PCB的疊層設計經驗法則

解決方案：

• 電源和地的規劃
• 機框層的使用
• 選擇走線尺寸

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印刷電路板的疊層用于具體說明電路板層的安排。它詳細指定了哪一層是完整的電源和地平面，基板的介電常數以及層與層的間距。當規劃一個疊層的時候，也要計算走線尺寸和最小走線間距。生產限制會嚴重地影響疊層，通常，電路的走線密度越大，每一英雨的生產成本就會越高。本文將詳述規劃疊層的一些基本的經驗法則。

1、電源和地的規劃

首先設計電源和地層。規劃一個電源和地系統時，首先要確定信號的上升時間，信號的數量，以及電路板的物理尺寸。

在物理尺寸中包括推測走線的寬度。在這一階段，走線寬度的假設并不是特別嚴格。

下一步，利用完整的、平行的和指狀的地平面模型估計自感和互感。此時，通過已經清楚了哪個模型更適合設計。注意，對于指狀的地模型，所有的走線都相互影響。此時通常已經清楚了哪個模型更適合設計。注意，對于指狀的地模型，所有的走線相互影響。對于平行的模型，沿著同一平行柵格由放的走線相互影響。對于完整的地平面模型，只有相鄰的走線相互影響。

如果要使用一個完整的地平面，應安排地和電源平面成對使用。在一個疊層設計中，完整平面對稱使用。可以幫助避免電路板的變形。如果一個板子只有一個完整平面，偏一側，則將使板子明顯變形。

如同地平面一樣，電源平面可以作為信號返回電流的低電感路徑。假設在電源和地之間有足夠的旁路電容，傳輸線躍起在電源平面上的布線，與電源地平面上的布線方法相同。帶狀傳輸線的布線可以在一個電源層和一個地層之間，或在兩個電源層之間。

2、機框層

有時候需要在數字系統之外走一個信號。對于這種應用，可以選擇一個低速或上升時間受控的驅動器。這是一個好的選擇，因為它減少了外部的輻射，對于滿足FCC的規定會有所幫助。

如果驅動器的地連接到通常的數字邏輯地上，有效的驅動輸出等于它的設計驅動電壓加上任何出現在數字邏輯地上的噪聲電壓，如圖1所示。

眾所周知，數字邏輯地的高頻噪聲電壓非常嚴重。地傳遞的波動電壓是由許多返回信號電流通過它們的自感引起的。對于數字電路，這些高頻波動很小，不足以產生問題，但是大大超過了FCC的限度。任何引出機殼的線，如果連接到數字邏輯地，在FCC測試時幾乎總是失敗的。

如果沒有其他的預防手段，上升時間受控的驅動器會顯著地拾取地噪聲并在機箱外廣播。

解決這個問題的一種方法是在疊層中加入一個機框平面。這一平面緊貼一個接地平面，使時間受控的驅動器附近，沿著一個連續的軸線，將機械平面通過螺絲釘焊接或熔接到外部機框，在高頻部分，我們已經有效地把數字接地一面短接到機框。這樣，在這個點上就減少了數字噪聲的數量，也減少了上升時間受控的驅動器傳到外部的噪聲。

因為普通電容的引腳電感太大，所以不能用它們實現機框地和數字地之間的短路功能。只有在機框平面和數字地平面之間有非常大的寬而平行的表面面積，才有足夠低的電感，從而有效地把兩個平面答非所問在一起。

采用機框平面方式，在低頻部分，數字邏輯和外部的機框保持著隔離，對于安全或其他方面，這都是非常必要的，如果隔離無關緊要，簡單地直接把數字邏輯地短接到機框即可，而不必使用一個單獨的機框層。

連接過程可以沿著受控的驅動附近的連續軸線，通過螺絲釘焊接或熔接到外部機框來完成。

當使用一個機框平面的時候，在疊層中要和其他一些完整平面均衡使用。因為機械原因，在疊層中總是傾向于對稱地安排平面。
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3、選擇走線尺寸

把走線盡量擠在一起可以增加電路密度。非常密集的設計只需要較少的電路板層。既然印刷電路板費用與層的數目和板子的表面面積成正比，所以我們總是希望能夠使用最少的層數來達到這個目的。

走線越細，間隔越近，產生的串擾就越多，所能輸送的功率也就越小，這種在串擾、走線密度和功率之間的權衡，對低成本的產品設計非常關鍵。

讓我們首先來處理功率輸送能力的問題，因為這個約束條件最簡單。

印刷電路走線的功率輸送能力主要取決于它的橫截面面積和容許的上升溫度。對于一個給定的橫截面面積，一條走線上高于環境的溫度的粗略地與它耗散的功率成正比。升溫在高是不可靠的，而且會使附近的數字電路變熱。在數字產品中，保守的走線加熱上限是10℃。

圖2描述了最大的功率輸送能力和溫度上升的關系。在圖2中，水平軸顯示的是橫截面面積，單位為IN的2次方，縱軸顯示的是該線在給定升溫值時的允許電流。

舉例來說，一個0.010IN寬的1OZ的銅走線（0.001 35IN厚），在溫度升高10℃的情況下，可以安全地通過750MA的電流。

除了大的電源分配總線，功率很少成為一個重要的約束條件，隨著薄膜技術的廣泛使用，由于其走線的橫截面面積非常小，布線的加熱限制可能變得更普遍。

走線寬度上的第二個不太重要的限制來自生產制造過程。表1列出了在各種不同的生產過程中可達到的最小走線寬度。

對于任何生產過程，當線寬接近可達到的最小走線寬度時，生產量將會降低，而且費用將會上升，這個因素將阻止大多數的設計者使用可達到的最小線寬。

其他一些因素會使走線寬度增加，腐蝕程序控制得不好，會造成線寬的變化比較大。在小線寬時，線寬變化的百分比決定著阻抗容限的百分比，有時這種變化可能是無法接受的，要想精確控制阻抗，可能需要使用比可達到的最小走線寬度字貢得多的線。

對于功率，費用和阻抗容限的考慮通常促使選擇特定的線寬。給于給定的線寬，阻抗約束決定層高。

然后使用關于串擾的公式 ，算出相鄰走線間隔的最小值，這個值稱為最小走線間距。在走線之間的未用距離稱為走線間隔。走線間隔加上線寬等于走線間距。