介紹 PCB層疊是決定產品EMC性能的一個重要因素。良好的層疊可以非常有效地減少來自PCB環路的輻射(差模發射)，以及連接到板上的電纜的輻射(共模發射)。 另一方面，一個不好的層疊可以大大增加這兩種機制的輻射。對于板層疊的考慮，有四個因素是很重要的： 1、層數； 2、使用的層的數量和類型(電源和/或地面)； 3、層的排列秩序或順序； 4、層間的間隔。 通常只考慮到層數。在許多情況下，其他三個因素同樣重要，第四項有時甚至不為PCB設計者所知。在決定層數時，應考慮以下幾點： 1、布線的信號數量和成本； 2、頻率； 3、產品是否必須符合Class A或Class B發射要求？ 4 、PCB是在屏蔽機殼或非屏蔽機殼中； 5 、設計團隊的EMC工程專業知識。 通常只考慮第一項。實際上，所有項目都是至關重要的，應當平等地加以考慮。如果要以最少的時間和最低的成本實現優化設計，最后一項就特別重要，不應忽視。 使用接地和/或電源平面的多層板相比兩層板提供了顯著的輻射發射減少。通常使用的經驗法則是四層板產生的輻射比兩層板少15dB，所有其他因素都是相等的。有平面的板比沒有平面的板要好得多，原因如下： 1．它們允許信號以微帶線(或帶狀線)的結構進行布線。這些結構是被控制的阻抗傳輸線，比在兩層板上使用的隨機走線的輻射要小得多； 2，接地平面顯著降低了地面阻抗(因此也降低了地面噪聲)。 雖然在20-25MHz的無屏蔽外殼中成功地使用了兩層板，但這些情況是例外，而不是規則。在大約10-15MHz以上，通常應該考慮多層板。 當使用多層板時，您應該嘗試實現五個目標。它們是： 1、信號層應始終與平面相鄰； 2、信號層應緊密耦合(接近)到其相鄰的平面； 3、電源平面和地平面應該緊密地結合在一起； 4、高速信號應埋在兩個平面之間走線，平面就能起到屏蔽作用，并能抑制高速印制線的輻射； 5、多個接地平面有很多優勢，因為它們將降低電路板的接地(參考平面)阻抗，減少共模輻射。 通常情況下，我們面臨著在信號/平面近距離耦合(目標2)和電源/地平面近距離耦合(目標3)之間的選擇。用常規的PCB結構技術，相鄰電源和地平面之間的平板電容不足以在500 MHz以下提供足夠的去耦。 因此，去耦必須通過其他方法來解決，我們通常應該選擇信號和當前返回平面之間的緊密耦合。信號層和電流返回平面之間緊密耦合的優點將超過平面間電容輕微損失所造成的缺點。 八層板是可以用來實現上述所有五個目標的最少的層數。在四層和六層板上，上述一些目標將不得不妥協。在這些條件下，您必須確定哪些目標對手頭的設計最重要。 以上段落不應被解釋為你不能在一個四層或六層的板上做一個好的EMC設計，因為你可以。它只表明不能同時實現所有目標，需要作出某種妥協。 由于所有期望的EMC目標都可以通過八層板來實現，所以除了要容納額外的信號走線層之外，沒有理由使用超過八層的層數。 從機械的角度來看，另一個理想的目標是使PCB板的橫截面對稱(或平衡)，以防止翹曲。 例如，在一個八層板上，如果第二層是一個平面，那么第七層也應該是一個平面。 因此，這里提出的所有配置都使用對稱或平衡的結構。如果不對稱或不平衡的結構是允許的，則建造其它的層疊配置是可能的。 四層板 最常見的四層板結構如圖1所示(電源平面和地平面可倒換)。它由四個均勻間隔的層組成，內部有電源平面和地平面，這兩個外部走線層通常具有正交的走線方向。 雖然這種結構比雙層板要好得多，但它有一些不太理想的特點。 關于第1部分中的目標列表，這個堆疊結構只滿足目標（1）。如果層間距相等，則信號層和電流返回平面之間存在很大的間隔。電源平面和地平面也有很大的間隔。 對于一個四層板，我們不能同時糾正這兩個缺陷，因此，我們必須決定哪一個對我們來說是最重要的。 如前所述，用常規的PCB制造技術，相鄰電源和地平面之間的層間電容不足以提供足夠的去耦。 去耦必須通過其它方法來處理，我們應該選擇信號和電流返回平面之間的緊密耦合。信號層和電流返回平面之間緊密耦合的優點將超過層間電容輕微損失所帶來的缺點。 因此，改善四層板EMC性能的最簡單的方法是盡可能地將信號層靠近平面(40mil)，如圖2所示。 這有三個優點，而缺點很少。信號環路面積較小，因此產生較少的差模輻射。對于布線層到平面層5mil間隔的情況，相對于等間距的層疊結構可以達到10dB或更多的環路輻射減少。 其次，信號走線與地面的緊密耦合降低了平面阻抗(電感)，從而減小了連接到板上的電纜的共模輻射。 第三，走線與平面的緊密耦合將減少走線之間的串擾。對于固定的走線間隔，串擾與走線高度的平方成正比。這是降低四層PCB輻射的最簡單、最便宜、最被忽視的方法之一。 通過這種層疊結構，我們同時滿足了目標(1)和(2)。 對于四層板層疊結構還有什么其它的可能性？嗯，我們可以用一點非常規的結構，即倒換圖2中的信號層和平面層，產生如圖3a所示的層疊。 這種疊層的主要優點是外層的平面為內部層上的信號走線提供了屏蔽。缺點是，地平面可能會很大程度地被PCB上高密度安裝的元件焊盤所切割。這可以在一定程度上緩解，方法是倒轉平面、放置電源平面在元件側及放置地平面在板的另一邊。 第二，有些人不喜歡有一個暴露的電源平面，第三，埋藏的信號層使板返工困難。該層疊滿足目標(1)，(2)，部分滿足目標(4)。 這三個問題中的兩個可以通過圖3b所示的層疊來緩解，其中兩個外平面是地平面，電源作為走線在信號平面上布線。電源應該以柵格方式布線，在信號層使用寬跡線。 這種層疊兩個額外的優點是： (1)兩個地面平面提供低得多的接地阻抗，從而減少共模電纜輻射； (2)這兩個地面平面可以在板的外圍縫在一起，將所有信號跡線封閉在法拉第籠中。 從EMC的角度來看，這種層疊如果做得好可能是四層PCB中最好的層疊結構。現在我們已經滿足了目標(1)，(2)，(4)和(5)，而只使用一個四層板。 圖4顯示了第四種可能性，不是常用的，而是一種可以表現得很好的可能性。這類似于圖2，但是用地面平面代替了電源平面，并且電源作為信號層上的跡線去布線。 這種層疊克服了前面提到的返工問題，還由于兩個地平面而提供了低的地阻抗。然而，這些平面并沒有提供任何屏蔽。此配置滿足目標(1)、(2)和(5)，但不滿足目標(3)或(4)。