作为一名PCB设计工程师，具备相关的设计能力是硬要求。这些必备能力包括PCB布局、PCB叠层设计、电源地处理、DDR 信号布线、高速信号布线、关键信号布线、DRC检查等。今天，板儿妹要和大家分享的是：PCB 层叠设计。

PCB 层叠设计

PCB的层数多少取决于电路板的复杂程度，从PCB的加工过程来看，多层PCB是将多个“双面板PCB”通过叠加、压合工序制造出来的。但多层PCB的层数、各层之间的叠加顺序及板材选择是由电路板设计师决定的，这就是所谓的“PCB层叠设计”。

PCB设计工程师能力要求：能够掌握PCB层叠的构成、掌握层叠设计的要求、能够使用层叠设计和阻抗计算控制的工具、掌握PCB层叠设置的基本原则。

一款PCB设计的层数及层叠方案取决于以下几个因素：

（1）硬件成本：PCB层数的多少与最终的硬件成本直接相关，层数越多硬件成本就越高，以消费类产品为代表的硬件PCB一般对于层数有最高限制，例如笔记本电脑产品的主板PCB层数通常为4~6层，很少超过8层；

（2）高密元器件的出线：以BGA封装器件为代表的高密元器件，此类元器件的出线层数基本决定了PCB板的布线层层数；

（3）信号质量控制：对于高速信号比较集中的PCB设计，如果重点关注信号质量，那么就要求减少相邻层布线以降低信号间串扰，这时布线层层数与参考层层数（Ground层或Power层）的比例最好是1:1，就会造成PCB设计层数的增加；反之，如果对于信号质量控制不强制要求，则可以使用相邻布线层方案，从而降低PCB层数；

（4）原理图信号定义：原理图信号定义会决定PCB布线是否“通顺”，糟糕的原理图信号定义会导致PCB布线不顺、布线层数增加；

（5）PCB厂家加工能力基线：PCB设计者给出的层叠设计方案（叠层方式、叠层厚度 等），必须要充分考虑PCB厂家的加工能力基线，如：加工流程、加工设备能力、常用PCB板材型号等 。

PCB叠层设计的一般原则

满足信号的特征阻抗要求；满足信号回路最小化原则；满足最小化PCB内的信号干扰要求；满足对称原则。

具体而言，PCB工程师在设计多层板时需要注意以下9个方面：

1、一个信号层应该和一个敷铜层相邻，信号层和敷铜层要间隔放置，最好每个信号层都能和至少一个敷铜层紧邻。信号层应该和临近的敷铜层紧密耦合（即信号层和临近敷铜层之间的介质厚度很小）。

2、电源敷铜和地敷铜应该紧密耦合并处于叠层中部。缩短电源和地层的距离，有利于电源的稳定和减少EMI。尽量避免将信号层夹在电源层与地层之间。电源平面与地平面的紧密相邻好比形成一个平板电容，当两平面靠的越近，则该电容值就越大。该电容的主要作用是为高频噪声（诸如开关噪声等）提供一个低阻抗回流路径，从而使接收器件的电源输入拥有更小的纹波，增强接收器件本身的性能。

3、在高速的情况下，可以加入多余的地层来隔离信号层，多个地敷铜层可以有效地减小PCB的阻抗，减小共模EMI。但建议尽量不要多加电源层来隔离，这样可能造成不必要的噪声干扰。

4、系统中的高速信号应该在内层且在两个敷铜之间，这样两个敷铜可以为这些高速信号提供屏蔽作用，并将这些信号的辐射限制在两个敷铜区域。

▲四层板叠层设计示例

5、优先考虑高速信号、时钟信号的传输线模型，为这些信号设计一个完整的参考平面，尽量避免跨平面分割区，以控制特性阻抗和保证信号回流路径的完整。

6、两信号层相邻的情况。对于具有高速信号的板卡，理想的叠层是为每一个高速信号层都设计一个完整的参考平面，但在实际中我们总是需要在PCB层数和PCB成本上做一个权衡。在这种情况下不能避免有两个信号层相邻的现象。目前的做法是让两信号层间距加大和使两层的走线尽量垂直，以避免层与层之间的信号串扰。

7、铺铜层最好要成对设置，比如六层板的2、5层或者3、4层要一起铺铜，这是考虑到工艺上平衡结构的要求，因为不平衡的铺铜层可能会导致PCB的翘曲变形。

8、次表面（即紧靠表层的层）设计成地层，有利于减小EMI。

9、根据PCB器件密度和引脚密度估算出所需信号层数，确定总层数。

在实际开展层叠设计时，PCB设计工程师需要灵活运用以上原则，根据实际系统要求选择最合适的板层结构。

（图文内容来源：快点儿PCB学院原创、机械工业出版社、网络）

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