在高速電路設(shè)計中，PCB（印刷電路板）的層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計是至關(guān)重要的一環(huán)。合理的層疊結(jié)構(gòu)不僅能夠保證信號的完整性，還能提高電路板的整體性能和可靠性。本文將詳細探討PCB多層板打樣中的層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計。

一、層疊結(jié)構(gòu)的基本組成

PCB層疊結(jié)構(gòu)主要由Core和Prepreg（半固態(tài)片，簡稱PP）組成。Core具有兩個表層銅箔，表層之間填充的是固態(tài)材料；而PP則起填充作用，材質(zhì)為半固態(tài)樹脂。不同的Core和PP厚度選擇可以構(gòu)成多樣化的層疊結(jié)構(gòu)，以適應不同的設(shè)計需求。

二、層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計的先決條件

在進行層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計之前，需要明確以下幾個先決條件：

單板總層數(shù)：根據(jù)單板尺寸、信號數(shù)目、電源種類以及EMC（電磁兼容性）要求，確定信號層、電源層、地層的數(shù)目，從而得到單板的總層數(shù)。

單板厚度：通常，14層以內(nèi)的單板厚度可選為1.6mm，而16層以上的單板厚度則需達到2mm以上。

目標阻抗：從信號完整性角度考慮，單端信號對地阻抗一般取50Ω，差分對信號間阻抗取100Ω。

PCB材質(zhì)：主要關(guān)注介電常數(shù)（Er）和材質(zhì)正切值（tanδ）。Er影響高頻信號的導通能力，而tanδ則決定信號的損耗。在高速電路設(shè)計中，應盡量選擇Er和tanδ較小的材質(zhì)，但這也相應地增加了PCB的成本。

三、層疊結(jié)構(gòu)的設(shè)計流程

層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計的目標是確定信號層、電源層、地層的排列順序，以及各層的厚度和信號線上的參數(shù)。具體流程如下：

評估信號層數(shù)目：根據(jù)布局設(shè)計和關(guān)鍵器件間的信號線密度，評估所需信號層的數(shù)目。

評估電源層和地層數(shù)目：根據(jù)電源種類和信號層隔離要求，確定所需電源層和地層的數(shù)目。

選擇材質(zhì)：根據(jù)目標阻抗和信號完整性要求，選擇合適的PCB材質(zhì)。

設(shè)計層疊結(jié)構(gòu)：結(jié)合先決條件，設(shè)計信號層、電源層、地層的排列順序和各層厚度。

計算線寬和層厚：利用阻抗計算工具，根據(jù)目標阻抗和層疊結(jié)構(gòu)參數(shù)，計算信號線的線寬和層厚。信號的阻抗可利用Polar Instruments公司開發(fā)的Polar SI6000或者嘉立創(chuàng)的阻抗計算神器等工具計算。

四、層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計的案例分析

以一個16層PCB為例，該板包含10層信號層、3層電源層和3層地層。在設(shè)計過程中，需要注意以下幾點：電源平面與地平面的緊密耦合：這有助于降低阻抗，提高信號完整性。關(guān)鍵信號線的走線層選擇：高速關(guān)鍵信號應走在信號完整性最好的層上，如以完整地層為參考的信號層。線寬與層厚的匹配：為獲得特定的目標阻抗，信號線寬需與信號所在層距離其相鄰參考層的間距相匹配。表層的使用：表層主要用作BGA器件或貼片器件的信號線扇出，不用于長距離走線。

五、高速電路中的特殊考慮

在高速電路設(shè)計中，還需特別關(guān)注以下幾點：

阻抗控制：確保信號層與其參考層之間盡量以固態(tài)材料填充，以獲得更好的阻抗控制效果。

正交走線：相鄰平面在走線時，應采用正交走線方式，以減少信號干擾。

電源層和地層的分割：分割的電源層與地層需保持良好的耦合，以減少電磁干擾。

六、結(jié)論

PCB多層板的層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計是高速電路設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)。通過合理的層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以確保信號的完整性，提高電路板的整體性能和可靠性。在實際設(shè)計中，需要綜合考慮單板總層數(shù)、單板厚度、目標阻抗和PCB材質(zhì)等因素，并結(jié)合具體案例進行分析和優(yōu)化。同時，還需特別關(guān)注高速電路中的特殊考慮，如阻抗控制、正交走線和電源層/地層的分割等。通過科學的層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以為高速電路的穩(wěn)定運行提供有力保障。