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Allegro学习笔记之5——层叠
0750long | 2009-06-18 17:32:28    阅读:9046   发布文章

 

不复杂的电路通常都是用双层板,但电路很复杂时就不得不考虑多层板了,但多层板的开工价格很好,像我画的一块FPGA板,由于要用到BGA,所以不得不采用6层板,78mmx100mm的面积,做12块板就用了2456大洋。所以成本和PCB的层数是矛盾的一对。

 

对于层叠的优点可以参考下面文章

 

EMI/EMC设计讲座 (共七章)

 

EMI/EMC 设计讲座(一)PCB被动组件的隐藏特性解析  pdf

EMI/EMC 设计讲座(二)磁通量最小化的概念     pdf

EMI/EMC 设计讲座(三)传导式EMI 的测量技术   pdf

EMI/EMC 设计讲座(四)印刷电路板的映像平面   pdf

EMI/EMC 设计讲座(五)映像平面的分割与隔离   pdf

EMI/EMC 设计讲座(六)多层通孔和分离平面的概念   pdf

EMI/EMC 设计讲座(七)印刷电路板的EMI噪讯对策技巧   pdf

 

        为了消除PCB内的射频电流,有两种方法:「磁通量消除(flux cancellation)」或「磁通量最小化(flux minimization)」。最简单的磁通量消除法,是使用「镜像平面(image plane)」。

        镜像平面除了能降低接地噪声电压以外,也能防止射频接地回路变大,因为射频电流紧密地与它们的电流源走线耦合,所以,它不需要另外寻找回传路径。当回路控制最大化时,磁通量就被大幅消除了。在靠近每一个信号平面处,正确地配置映像平面,就可以消除共模的射频电流。传输大量的射频电流的映像平面,必须接地或接至0V参考点。为了移除多余的射频电压和涡流,所有接地和底座平面可以透过一个低阻抗的接地电路,连接至底座的接地点。

 

          

                  图1 具有一个很小的回路面积的PCB布线

 

 
  图2 回路磁通

可靠的返回路径应该和信号路径平行且靠近。只有这样,信号路径和返回路径产生的磁力线才会最大程度地相互抵消,因为两者方向相反,这就是磁通最小化原理,如图2所示,图2(a)所示的回路面积比图2(b)所示的小。回路产生的磁通量也比较小。它向周围产生的辐射较少。在周围其他信号线上产生的串扰也较少。最坏的设计就是返回路径出现断裂,甚至根本没有为信号路径提供返回路径;而最好也是最简单的设计就是上面提到的采用参考平面(镜像层)。

 

 

建议层叠原则

A.     元件面、焊接面为完整的地平面(屏蔽);

B.     无相邻平行布线层;

C.    所有信号层尽可能与地平面相邻;

D.    关键信号与地层相邻,不跨分割区。

 

4层板

 

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方案1:在元件面下有一地平面,关键信号优先布在TOP层;至于层厚设置,有以下建议:

?        满足阻抗控制

?        芯板(GND到POWER)不宜过厚,以降低电源、地平面的分布阻抗;保证电源平面的去耦效果。

 

 

方案2:缺陷

?        电源、地相距过远,电源平面阻抗过大

?        电源、地平面由于元件焊盘等影响,极不完整

?        由于参考面不完整,信号阻抗不连续

方案3:

     同方案1类似,适用于主要器件在BOTTOM布局或关键信号在底层布线的情况。

 

6层板

 

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方案3:减少了一个信号层,多了一个内电层,虽然可供布线的层面减少了,但是该方案解决了方案1和方案2共有的缺陷。

优点:

?    电源层和地线层紧密耦合。

?    每个信号层都与内电层直接相邻,与其他信号层均有有效的隔离,不易发生串扰。

?      Siganl_2(Inner_2)和两个内电层GND(Inner_1)和POWER(Inner_3)相邻,可以用来 传输高速信号。两个内电层可以有效地屏蔽外界对Siganl_2(Inner_2)层的干扰和Siganl_2(Inner_2)对外界的干扰。

 

方案1:采用了4层信号层和2层内部电源/接地层,具有较多的信号层,有利于元器件之间的布线工作。

缺陷:

?    电源层和地线层分隔较远,没有充分耦合。

?    信号层Siganl_2(Inner_2)和Siganl_3(Inner_3)直接相邻,信号隔离性不好,容易发   生串扰。 

 

8层板

 

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10层板

 

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12层板

 

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Allegro层叠的设置

层叠结构的编辑于定义通过

?        Setup—>Cross Section

?        Setup—>Subclasses—>Etch

两种方法都可以打开

 

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Physical Thickness

PCB板的整个厚度。单击Sum按钮Allegro将各层的厚度相加得到Physical Thickness。

 

Material

材料类型。

 

Layer Type

层的类型。

?        Conductor 信号层的类型

?        Dielectric  电介质

?        Plane     地层和电源层的类型

 

DRC as Photo File Type

?        Positive   正片

?        Negative  负片

 

(Positive )正片:简单地说就是,在底片上看到什么就有什么。
(Negative)负片:正好相反,看到的就是没有的,看不到的就是有的。见下图:

 

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对于负片,白色部分是覆上的铜箔,黑色是挖掉的部分。

对于正片,黑色部分是覆上的铜箔,白色是挖掉的部分。

 

在 Allegro中使用正负片的特点:
(Positive )正片优点:所见所的,有比较完善的 DRC检查。
 
                         
缺点:是如果移动零件(一般指DIP的)或贯孔,铜箔需重铺或者重新连结,否则就会短路或开路。另外,如果包含大量铜箔又用 2*4D格式出底片是数据量会很大。

 

(Negative)负片优点:正好克服正片移动零件或贯孔时需要重铺铜箔的缺点,过孔贯穿负片层时程序根据网络连接判断采用(Thermal Relief)与该层连接还是用(Anti-Pad)与该层隔开。

缺点:DRC  Check 并没有做的很完整,对于被Anti-Pad隔断的内层没有DRC 报错。

                      一般信号层设置为正片,电源层设置为负片。

在建焊盘时注意下图红色方框中的设置都是针对负片而言的

 

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    在各层最右边Edit栏下的”—>”图标上单击鼠标,Allegro弹出一个对该层进行编辑的快捷菜单:

 

 

      Show:显示该层内容;Delete:删除该层;Insert:在该层下面插入一层。

 

参考资料:

1)     多层PCB层叠结构

http://blog.csdn.net/bird67/archive/2009/04/15/4077023.aspx

2)     平衡PCB层叠设计方法 -- cqgc's Blog

http://blog.ednchina.com/cqgc/53/message.aspx

3)    高速电路PCB “地”、返回路径、镜像层和磁通最小化

 

4)     EMI/EMC设计(四)印刷电路板的映像平面-电子开发网

http://www.dzkf.cn/html/PCBjishu/2007/1022/2716.html

5)     电磁兼容(EMC)小小家 - 高速PCB的叠层设计

http://www.emchome.net/article.php/789

6)     印刷线路板设计指南

http://enbbs.cnttr.com/thread-98918-1-5.html

7)     电路板的层叠结构 - PCB资源网

http://www.pcbres.com/pcbtech/pcbmake/200806186776.html

8) 层叠设计----PCB 工程师需要注意的地方-电子电路图,电子技术资料网站

http://www.elecfans.com/article/80/114/2006/200604162783.html

9)  PCB技术:印刷电路板(PCB)设计中的EMI解决方案 - 维库电子开发网

http://solution.weeqoo.com/2009/1/200911491120152535.html

10) Allegro 中正负片的概念及相关设置

http://www.91pcb.com/allegro/Allegrogaoji001.asp

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