PCB 叠层（四层板）

四层板的叠层 这里有两种方式

SIG－GND(PWR)－PWR (GND)－SIG； GND－SIG(PWR)－SIG(PWR)－GND；

如图所示，Top和Bottom两个信号层各有一个参考平面（一个是地一个是电源）。所以，信号回流可以通过相邻的参考层，从而减小信号回路面积，减小信号路径的电感。低感量的信号路径可以降低噪声的干扰而且也减小了信号辐射（不管差模或者是共模）。

通常来讲，四层板辐射强度要比同样功能的两层板小20dB，关键在于要让信号尽量靠近参考层。因此，为进一步提升抗噪性能（EMC)和降低辐射（EMI)，应该尽量减小信号层和参考平面之间绝缘层的厚度。如此看来，图1中的叠层结构性能不如图2的层叠结构，因为其信号层与参考层之间的绝缘层厚度更大，所以信号层和参考层的耦合度更低。但是这并不是一个严重的缺陷，因为两种叠层都能满足PCB的耦合度要求。这里要注意，两种叠层的整体厚度是一样的。

对于以上两种叠层设计，潜在的问题是对于传统的1.6mm（62mil）板厚。层间距将会变得很大，不仅不利于控制阻抗，层间耦合及屏蔽；特别是电源地层之间间距很大，降低了板电容，不利于滤除噪声。

对于第一种方案【SIG－GND(PWR)－PWR (GND)－SIG】，通常应用于板上芯片较多的情况。这种方案可得到较好的SI性能，对于EMI性能来说并不是很好，主要要通过走线及其他细节来控制。

主要注意：地层放在信号最密集的信号层的相连层，有利于吸收和抑制辐射；增大板面积，体现20H规则。

对于第二种方案【GND－SIG(PWR)－SIG(PWR)－GND】，通常应用于板上芯片密度足够低和芯片周围有足够面积(放置所要求的电源覆铜层)的场合。此种方案PCB的外层均为地层，中间两层均为信号 /电源层。

信号层上的电源用宽线走线，这可使电源电流的路径阻抗低，且信号微带路径的阻抗也低，也可通过外层地屏蔽内层信号辐射。从EMI控制的角度看， 这是现有的最佳4层PCB结构。

主要注意：中间两层信号、电源混合层间距要拉开，走线方向垂直，避免出现串扰；适当控制板面积，体现20H规则；如果要控 制走线阻抗，上述方案要非常小心地将走线布置在电源和接地铺铜岛的下边。

另外，电源或地层上的铺铜之间应尽可能地互连在一起，以确保DC和低频的连接性。

上述传统四层板叠层的缺点 首先，当走线从第一层换到第四层时，图1和2所示叠层结构就会出现问题，如图3。

信号示意流向用红色线标出，回流用蓝色虚线标出。如果信号频率足够高，层间距足够小，信号回流就能轻松流过层间电容，从而实现从电源层到地层的转换。但是，因为电源和地之间并没有直接连通，所以对于回流的信号来说是存在一个破点，可以把它看做是一个阻抗，如图4所示。

如过层间电容不够大，那么层间阻抗就会比较大，这时回流的信号就会寻找阻抗较小的地方通过，从而增大回流面积。难免发生辐射污染，影响相邻的其他信号。这种情况当然应该避免，但是很不幸类似图1和2的叠层总厚度0.62inch的四层板，电源和地层间电容就很小，地阻抗较大。这种情况下，可能不会产生严重的信号完整性问题，但是一定会产生EMI问题。这就是为什么在用具有Power和Groud平面的叠层结构时，尽量避免信号换层，尤其是对于高速时钟信号。 当然，如果非要换层，最好在换层处加一颗去耦电容，并且尽量靠近换层过孔，从而减少回流路径的阻抗。但是，当信号频率非常高时，去耦电容因为自身的谐振也会失去效果。一般情况下，想让去耦电容发挥作用，信号频率不要高于200-300MHz。总结一下，当信号小于200-300MHz可以使用去耦电容帮助换层，但是更高频率的信号就不得不提高层间电容来解决问题了。

如果信号不换层就不会出现上述问题，但是层间电容过小还会带来另一个严重的问题：电源传输问题。通常许多IC都需要极高的瞬态电流，而且当信号的上升时间越来越小时（信号上升时间往往跟频率有关，时间越小频率越高），需要电源的频率也越高。通常，可以通过布置靠近IC的去耦电容来解决瞬间电源问题，但是如果需要电源频率过高，高于去耦电容自身的谐振频率，那么电容将变成一颗电感，而失去存储电能的作用。 现在越来越多的IC上升时间低于500ps，对去耦电容的性能提出挑战。而层间电容是一种非常好补充，它具有足够高的谐振频率，可以提供高效的瞬时电流。所以，相较于通用的去耦电容，层间电容能更好的为高速IC提供瞬时电源。 但是，减小绝缘层厚度增加层间电容的做法，有时也是不可行的，因为那会增加成本。

两种改进型叠层结构

图 6

图 7

在图1和2所示的叠层结构中，要求信号层一定要有相邻的参考层，并且信号回流路径尽量小。出于这些考虑，图6所示叠层结构并非理想的叠层结构，因为表层摆放大量器件，破坏了完整的地平面。然而第三层却是一个非常好的布线层，因为它有完整的参考地平面。

图6和7都有两个地平面，这就提供了一个低阻抗的地平面并且有利于降低共模辐射。于此同时，图6的地平面包裹了信号层，形成一个屏蔽罩，可以很好的吸收大部分来自高频信号的辐射干扰。可以通过摆放过孔使两个地平面充分连接，这将进一步形成一个法拉第笼抑制辐射。当然图7叠层结构就没有这样的屏蔽效果了。以上两种叠层都没有一个完整的电源平面，所有不得不通过铺铜或者网格结构来传输电源。如果可以将器件和走线都摆放在第一层，那么强烈推荐图7的叠层结构，因为它有完整的地平面。如果不能，也可以考虑图6的叠层结构。 虽然没有完整的电源平面，但是电源铺铜一样可以非常靠近地平面，这样也可也得到一个较大的层间电容从而用于高频信号。有人认为，图6和7的电源铺铜的去耦作用强于传统四层结构的Power和Ground平面的去耦作用。再结合常用的去耦电容，也可以得到更好的电源性能。 最后，图6和7的叠层结构中，高速信号可以换层，因为信号的参考有完整的参考地平面（两边都有），地平面间摆放的过孔提过良好的连通性，从而减小回流路径的阻抗。

顶层和底层覆铜 以上两种改进的叠层结构中，最后一种中间两层均为GND平面，这种叠层中表层和顶层除了走线和电源外，是否应该进行覆铜，如果覆铜应该连接GND还是POWER。 在可能的情况，尽量覆铜并且连接到地。 首先，铺地操作能够起到屏蔽作用； 其次，铺地可以避免形成地回环，当然要在适当的地方打上过孔连接地平面；

并且，铺地可以降低信号的回路阻抗，尤其是在双层板中。 所以，四层板如果允许尽量铺铜。那么如何解决顶层走线阻抗控制的问题？

答，3W原则，保持铺地与阻抗线3W距离，则可对阻抗影响较小，通常认为20mil间距足够。