層疊的定義及添加

　　對高速多層板來說，默認的兩層設計無法滿足布線信號質量及走線密度要求，這個時候需要對 PCB 層疊進行添加，以滿足設計的要求。

　　正片層與負片層

　　正片層就是平常用于走線的信號層（直觀上看到的地方就是銅線），可以用“線”“銅皮”等進行大塊鋪銅與填充操作，如圖 8-32 所示。

　　圖 8-32  正片層

　　負片層則正好相反，即默認鋪銅，就是生成一個負片層之后整一層就已經被鋪銅了，走線的地方是分割線，沒有銅存在。要做的事情就是分割鋪銅，再設置分割后的鋪銅的網絡即可，如圖 8-33 所示。

　　圖 8-33  負片層

　　內電層的分割實現

　　在 Protel 版本中，內電壓是用“分裂”來分割的，而現在用的版本 Altium Designer 19 直接用“線條”、快捷鍵“PL”來分割。分割線不宜太細，可以選擇 15mil 及以上。分割鋪銅時，只要用“線條”畫一個封閉的多邊形框，再雙擊框內鋪銅設置網絡即可，如圖 8-34 所示。

　　圖 8-34  雙擊給予網絡

　　正、負片都可以用于內電層，正片通過走線和鋪銅也可以實現。負片的好處在于默認大塊鋪銅填充，再進行添加過孔、改變鋪銅大小等操作都不需要重新鋪銅，這樣省去了重新鋪銅計算的時間。中間層用電源層和 GND 層（也稱地層、地線層、接地層）時，層面上大多是大塊鋪銅，這樣用負片的優勢就很明顯。

　　PCB 層疊的認識

　　隨著高速電路的不斷涌現，PCB 的復雜度也越來越高，為了避免電氣因素的干擾，信號層和電源層必須分離，所以就牽涉到多層 PCB 的設計。在設計多層 PCB 之前，設計者需要首先根據電路的規模、電路板的尺寸和電磁兼容（EMC）的要求來確定所采用的電路板結構，也就是決定采用 4 層、6 層，還是更多層數的電路板。這就是設計多層板的一個簡單概念。

　　確定層數之后，再確定內電層的放置位置及如何在這些層上分布不同的信號。這就是多層 PCB 層疊結構的選擇問題。層疊結構是影響 PCB 的 EMC 性能的一個重要因素，一個好的層疊設計方案將會大大減小電磁干擾（EMI）及串擾的影響。

　　板的層數不是越多越好，也不是越少越好，確定多層 PCB 的層疊結構需要考慮較多的因素。從布線方面來說，層數越多越利于布線，但是制板成本和難度也會隨之增加。對生產廠家來說，層疊結構對稱與否是 PCB 制造時需要關注的焦點。所以，層數的選擇需要考慮各方面的需求，以達到最佳的平衡。

　　對有經驗的設計人員來說，在完成元件的預布局后，會對 PCB 的布線瓶頸處進行重點分析，再綜合有特殊布線要求的信號線（如差分線、敏感信號線等）的數量和種類來確定信號層的層數，然后根據電源的種類、隔離和抗干擾的要求來確定內電層的層數。這樣，整個電路板的層數就基本確定了。

　　常見的 PCB 層疊

　　確定了電路板的層數后，接下來的工作便是合理地排列各層電路的放置順序。圖 8-35 和圖 8-36 分別列出了常見的 4 層板和 6 層板的層疊結構。

　　圖 8-35  常見的 4 層板的層疊結構

　　圖 8-36  常見的 6 層板的層疊結構

　　層疊分析

　　怎么層疊？哪樣層疊更好？一般遵循以下幾點基本原則。

　　① 元件面、焊接面為完整的地平面（屏蔽）。

　　② 盡可能無相鄰平行布線層。

　　③ 所有信號層盡可能與地平面相鄰。

　　④ 關鍵信號與地層相鄰，不跨分割區。

　　可以根據以上原則，對如圖 8-35 和圖 8-36 所示的常見的層疊方案進行分析，分析情況如下。

　　（1）3 種常見的 4 層板的層疊方案優缺點對比如表 8-1 所示。

　　（2）4 種常見的 6 層板的層疊方案優缺點對比如表 8-2 所示。

　　通過方案 1 到方案 4 的對比發現，在優先考慮信號的情況下，選擇方案 3 和方案 4 會明顯優于前面兩種方案。但是在實際設計中，產品都是比較在乎成本的，然后又因為布線密度大，通常會選擇方案 1 來做層疊結構，所以在布線的時候一定要注意相鄰兩個信號層的信號交叉布線，盡量讓串擾降到最低。

　　（3）常見的 8 層板的層疊推薦方案如圖 8-37 所示，優選方案 1 和方案 2，可用方案 3。

　　圖 8-37  常見的 8 層板的層疊推薦方案

　　層的添加及編輯

　　確認層疊方案之后，如何在 Altium Designer 當中進行層的添加操作呢？下面簡單舉例說明如下。

　　（1）執行菜單命令“設計 - 層疊管理器”或者按快捷鍵“DK”，進入如圖 8-38 所示的層疊管理器，進行相關參數設置。

　　圖 8-38  層疊管理器

　　（2）單擊鼠標右鍵，執行“Insert layer above”或“Insert layer below”命令，可以進行添加層操作，可添加正片或負片；執行“Move layer up”或“Move layer down”命令，可以對添加的層順序進行調整。

　　（3）雙擊相應的名稱，可以更改名稱，，一般可以改為 TOP、GND02、SIN03、SIN04、PWR05、BOTTOM 這樣，即采用“字母+層序號（Altium Designer 19 自帶這個功能）”，這樣方便讀取識別。

　　（4）根據層疊結構設置板層厚度。

　　（5）為了滿足設計的 20H，可以設置負片層的內縮量。

　　（6）單擊“OK”按鈕，完成層疊設置。一個 4 層板的層疊效果如圖 8-39 所示。

　　圖 8-39  4 層板的層疊效果

　　建議信號層采取正片的方式處理，電源層和地線層采取負片的方式處理，可以在很大程度上減小文件數據量的大小和提高設計的速度。