PCB的電磁兼容性(EMC)設(shè)計(jì)首先要考慮層的設(shè)置，這是因?yàn)閱伟鍖訑?shù)的組成、電源層和地層的分布位置以及平面的分割方式對(duì)EMC性能有著決定性的影響。

層數(shù)的合理規(guī)劃

確定PCB層數(shù)時(shí)需要綜合考慮幾個(gè)因素：電源和地平面的需求、信號(hào)密度、工作頻率、特殊信號(hào)布線需求以及成本限制。對(duì)于對(duì)EMC要求嚴(yán)格的產(chǎn)品(如需通過CISPR16 CLASSB認(rèn)證)，適當(dāng)增加地平面層數(shù)是提高電磁兼容性的有效方法。

電源層和地層的設(shè)計(jì)考量

電源層數(shù)量取決于產(chǎn)品所需的電源種類：

· 單一電源供電的PCB只需一個(gè)電源平面

· 多種不交叉的電源可以在同一層進(jìn)行分割處理

· 多種交錯(cuò)電源需要兩個(gè)或更多電源平面

地層的設(shè)計(jì)原則包括：

· 元件層下方應(yīng)有完整地平面

· 高頻信號(hào)、高速信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)附近需要地平面

· 關(guān)鍵電源應(yīng)與對(duì)應(yīng)地平面相鄰

信號(hào)層數(shù)量確定

信號(hào)層數(shù)主要取決于功能實(shí)現(xiàn)需求。EDA軟件可以提供布局密度參數(shù)報(bào)告，幫助估算所需信號(hào)層數(shù)。從EMC角度，需特別考慮關(guān)鍵信號(hào)網(wǎng)絡(luò)(強(qiáng)輻射網(wǎng)絡(luò)和易受干擾的弱信號(hào))的屏蔽或隔離措施。

電源層、地層與信號(hào)的相對(duì)位置

層的排布一般原則：

1. 元件層下面(第二層)應(yīng)為地平面，為頂層提供參考平面和屏蔽

2. 信號(hào)層應(yīng)盡可能與地平面相鄰，避免兩個(gè)信號(hào)層直接相鄰

3. 主電源層應(yīng)與對(duì)應(yīng)地層相鄰，利用兩者耦合降低電源平面阻抗

4. 需考慮層壓結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性

對(duì)于高頻電路(50MHz以上)的母板排布建議：

1. 元件面和焊接面應(yīng)有完整的地平面提供屏蔽

2. 避免相鄰層出現(xiàn)平行布線

3. 所有信號(hào)層應(yīng)盡可能與地層相鄰

4. 關(guān)鍵信號(hào)布線應(yīng)與地層相鄰且不跨越分割區(qū)

在實(shí)際應(yīng)用中，這些原則需要根據(jù)具體電路特點(diǎn)靈活掌握，避免教條式應(yīng)用。層的最佳設(shè)置應(yīng)根據(jù)單板的實(shí)際需求、關(guān)鍵信號(hào)布線要求以及電源地平面分割情況綜合考慮。

以下為單板層的排布的具體探討：

四層板：優(yōu)選方案1，可用方案3

方案1：

此為CAD室采用的四層標(biāo)準(zhǔn)方案，將地平面設(shè)置在元件層下方，關(guān)鍵信號(hào)優(yōu)先布置在TOP層。這種設(shè)計(jì)在層厚設(shè)置上建議確保滿足阻抗控制需求，并保持GND與POWER之間的芯板厚度較薄，以降低分布阻抗，提升去耦效果。

方案2：

有些設(shè)計(jì)者嘗試將電源層和地平面放在外層(TOP和BOTTOM)以增強(qiáng)屏蔽效果，但這種方案存在明顯缺陷：電源層與地平面距離過遠(yuǎn)導(dǎo)致電源平面阻抗增大；外層由于元件焊盤影響導(dǎo)致參考平面不完整；信號(hào)阻抗不連續(xù)。尤其在表貼器件密集的情況下，外層幾乎無法形成完整參考平面，預(yù)期的屏蔽效果難以實(shí)現(xiàn)。

方案3：

然而，在特定情況下，將地平面置于外層的方案也有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。例如在某產(chǎn)品的接口濾波板設(shè)計(jì)中，由于板上無電源平面、貼片元件較少且多為單面布局、走線簡(jiǎn)單但輻射控制要求高，采用GND-S1-S2-PGND的層疊結(jié)構(gòu)反而成為理想選擇。這種設(shè)計(jì)讓走線得到良好屏蔽，傳輸線輻射得到有效控制。通過在S1布線層鋪銅，還能為表層走線提供參考平面。

這一特例說明，層排布設(shè)計(jì)應(yīng)基于對(duì)原則的理解靈活應(yīng)用，而非機(jī)械照搬。類似的方案適用于主要器件在BOTTOM布局或關(guān)鍵信號(hào)需要底層布線的情況，但一般情況下應(yīng)限制使用。

六層板：優(yōu)選方案3，可用方案1，備用方案2、4

對(duì)于六層板，推薦采用在中間設(shè)置電源和地平面的方案，優(yōu)選布線層S2，其次S3和S1。方案3層厚設(shè)置時(shí)，應(yīng)增大S2-P間距，縮小P-G2間距，以減小電源平面阻抗和電源對(duì)信號(hào)的影響。成本要求較高時(shí)可考慮其他方案，但需權(quán)衡信號(hào)完整性和參考平面質(zhì)量。

八層板：優(yōu)選方案2、3，可用方案1

八層PCB設(shè)計(jì)中，推薦采用在中間層設(shè)置電源和地平面的結(jié)構(gòu)，優(yōu)選布線層S2、S3、S4。這種設(shè)計(jì)兼顧性能與成本，但需注意避免相鄰信號(hào)層之間的平行長(zhǎng)距離布線。對(duì)于EMC要求特別高的場(chǎng)合，可考慮犧牲一個(gè)布線層換取更好的電磁屏蔽效果。

十層板：優(yōu)選方案2、3，可用方案1、4

方案3采用了較為均衡的層疊結(jié)構(gòu)，建議擴(kuò)大3-4層與7-8層之間的間距，同時(shí)縮小5-6層間距。主電源及其對(duì)應(yīng)地平面應(yīng)設(shè)置在6、7層位置。在信號(hào)布線優(yōu)先級(jí)上，S2、S3和S4層為首選布線層，S1和S5層次之。這種方案的優(yōu)勢(shì)在于兼顧了EMC性能與成本效益，特別適合各信號(hào)布線要求相近的應(yīng)用場(chǎng)景。使用此方案時(shí)需要特別注意避免S2與S3層之間出現(xiàn)平行的長(zhǎng)距離布線，以減少層間串?dāng)_。

方案4則提供了更優(yōu)異的EMC性能，但代價(jià)是犧牲了一個(gè)布線層。相比方案3，它的層疊結(jié)構(gòu)更有利于電磁屏蔽和信號(hào)完整性。這種設(shè)計(jì)特別適用于那些對(duì)EMC指標(biāo)要求嚴(yán)格、成本限制相對(duì)寬松且必須使用雙電源層的關(guān)鍵電路板。在此方案中，S2和S3是優(yōu)先推薦的布線層。

對(duì)于只需要單電源層的PCB設(shè)計(jì)，建議首選方案2，其次考慮方案1。值得注意的是，雖然方案1具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)，但由于其結(jié)構(gòu)中存在較多相鄰布線層，在設(shè)計(jì)時(shí)難以有效控制平行長(zhǎng)線，可能帶來信號(hào)完整性問題。

十二層板：推薦方案2、3，可用方案1、4，備用方案5

設(shè)計(jì)原則總結(jié)

總體而言，PCB層堆疊設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：

·避免信號(hào)層直接相鄰

·確保關(guān)鍵信號(hào)層與地平面相鄰

·電源層與其對(duì)應(yīng)地平面應(yīng)盡量靠近

·考慮層壓結(jié)構(gòu)對(duì)稱性,當(dāng)不對(duì)稱時(shí)需采取其他手段彌補(bǔ)

·根據(jù)實(shí)際需求靈活調(diào)整層間距

對(duì)于14層及以上的復(fù)雜PCB，雖然組合情況多樣，但仍應(yīng)遵循上述基本原則，根據(jù)具體需求、電源層數(shù)量、特殊信號(hào)要求以及電源地分割情況靈活應(yīng)用。在存在設(shè)計(jì)爭(zhēng)議時(shí)，建議通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際案例進(jìn)行驗(yàn)證，并優(yōu)先選擇推薦方案。