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PCB设计多少层是最好的?

  多少层是最好的?

  设计人员根据所设计的整个电路的复杂程度来权衡选择多少层来进行设计,主要从整个项目中核心器件的出线、器件布局的难易程度来决定的。

  常规的PCB应该有多少层呢?

  一、单面板

  单面PCB主要用在非常简单的消费电子产品上的,毕竟工艺简单,现在还用原始电路板材料便宜(FR-1或FR-2)和薄铜包层。单面板设计通常包含许多跳线来模拟双面板上的电路布线。一般用在低频电路比较多。因为这种类型的设计很容易受到辐射噪声的影响。所以设计这种类型的电路板会比较麻烦,如果不是很注意的话,会出现很多问题的。虽然在复杂的设计中也有成功的案例,但都是需要经过深思熟虑以及不断验证才有可能的事情。举一个一个例子,比如一个电视机,它将所有模拟电路放在机箱底部的单面板上,并使用金属化CRT将电路板屏蔽在靠近电池组顶部的单独数字调谐板上。如果需要大批量、低成本的生产PCB,那就需要自行发挥了。

  二、双面板

  相当于单面板来说,复杂一点的就是双面板。有一些双面板还是用FR-2材料,但目前更常用的是FR-4材料来生产。FR-4材料强度的增加更好地支持了过孔。因为有两层箔,所以双面板更容易布线,并且可以通过在不同层上交叉走线来规划信号。但是,模拟电路不建议使用交叉走线。在可能的情况下,底层尽可能保持完整当做地平面,所有其他信号应在顶层布线。底层做地平面有几个好处:

  接地通常是电路中最常见的连接。可以把整板所有的GND网络放在底层来连接。

  增加了电路板的机械强度。

  降低了电路中所有接地连接的阻抗,从而减少了信号的传导噪声。

  为电路中的每个网络增加了分布电容-有助于抑制辐射噪声。

  可以屏蔽来自电路板下方的辐射噪声。

  三、多层板

  双面板尽管有其优点,但并不是最好的构造方法,特别是对于敏感或高速电路设计来说。所以对于高速设计我们通常会使用多层板来进行设计,最常见的板厚为1.6毫米,材料为FR-4,还会有独立的GND或者POWER层等等。多层板本身需要注意的PCB设计事项就很多,下面我们要理清楚使用多层板设计的一些明显原因:

  拥有独立的电源和接地连接布线层。如果电源也在一个平面上,则其他的相同的电源网络只需添加过孔就可以连接在一起了。

  其他层可用于信号布线,这样可以为布线提供更多走线空间。

  电源和接地层之间将存在分布电容,从而降低高频噪声。

  然而,多层板的其他原因可能并不明显或不直观,主要有如下两点:

  更好的EMI/RFI抑制。由于图像平面效应,自Marconi时代以来就已为人所知。当导体靠近平行导电表面放置时,大部分高频电流将直接返回导体下方,沿相反方向流动。平面内导体的镜像形成传输线。由于在传输线中电流相等且相反,因此它相对不受辐射噪声的影响。而是非常有效地耦合信号。图像平面效果与地面和电源平面同样有效,但它们必须是连续的。任何间隙或不连续性都会导致有益效果迅速消失。

  减少小批量生产的总体项目成本。虽然多层板的制造成本较高,但FCC或其他机构的EMI/RFI要求可能需要对设计进行昂贵的测试。如果存在问题,可能需要推倒来重新进行PCB设计,从而进行额外的测试。与2层板PCB相比,多层板PCB的EMI/RFI性能可提高20dB。如果产量很小,那么首先设计更好的的PCB是有意义的。

  有效防止各种信号层之间的串扰问题。

  生产工艺要求相对来说比较高,比起2层板设计,就不是那么一丁点的难度了。

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