在設計多層PCB電路板之前，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。確定層數之后，再確定內電層的放置位置以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板EMC性能的一個重要因素，也是抑制電磁干擾的一個重要手段。本節將介紹多層PCB板層疊結構的相關內容。

11.1.1 層數的選擇和疊加原則

確定多層PCB板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。對于生產廠家來說，層疊結構對稱與否是PCB板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。

對于有經驗的設計人員來說，在完成元器件的預布局后，會對PCB的布線瓶頸處進行重點分析。結合其他EDA工具分析電路板的布線密度；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數目。這樣，整個電路板的板層數目就基本確定了。

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。在這一步驟中，需要考慮的因素主要有以下兩點。

（1）特殊信號層的分布。

（2）電源層和地層的分布。

如果電路板的層數越多，特殊信號層、地層和電源層的排列組合的種類也就越多，如何來確定哪種組合方式最優也越困難，但總的原則有以下幾條。

（1）信號層應該與一個內電層相鄰（內部電源/地層），利用內電層的大銅膜來為信號層提供屏蔽。

（2）內部電源層和地層之間應該緊密耦合，也就是說，內部電源層和地層之間的介質厚度應該取較小的值，以提高電源層和地層之間的電容，增大諧振頻率。內部電源層和地層之間的介質厚度可以在Protel的Layer Stack Manager（層堆棧管理器）中進行設置。選擇【Design】/【Layer Stack Manager…】命令，系統彈出層堆棧管理器對話框，用鼠標雙擊Prepreg文本，彈出如圖11-1所示對話框，可在該對話框的Thickness選項中改變絕緣層的厚度。

如果電源和地線之間的電位差不大的話，可以采用較小的絕緣層厚度，例如5mil（0.127mm）。

（3）電路中的高速信號傳輸層應該是信號中間層，并且夾在兩個內電層之間。這樣兩個內電層的銅膜可以為高速信號傳輸提供電磁屏蔽，同時也能有效地將高速信號的輻射限制在兩個內電層之間，不對外造成干擾。

（4）避免兩個信號層直接相鄰。相鄰的信號層之間容易引入串擾，從而導致電路功能失效。在兩信號層之間加入地平面可以有效地避免串擾。

（5）多個接地的內電層可以有效地降低接地阻抗。例如，A信號層和B信號層采用各自單獨的地平面，可以有效地降低共模干擾。

（6）兼顧層結構的對稱性。

11.1.2 常用的層疊結構

下面通過4層板的例子來說明如何優選各種層疊結構的排列組合方式。

對于常用的4層板來說，有以下幾種層疊方式（從頂層到底層）。
（1）Siganl_1（Top），GND（Inner_1），POWER（Inner_2），Siganl_2（Bottom）。
（2）Siganl_1（Top），POWER（Inner_1），GND（Inner_2），Siganl_2（Bottom）。
（3）POWER（Top），Siganl_1（Inner_1），GND（Inner_2），Siganl_2（Bottom）。

顯然，方案3電源層和地層缺乏有效的耦合，不應該被采用。

那么方案1和方案2應該如何進行選擇呢？一般情況下，設計人員都會選擇方案1作為4層板的結構。選擇的原因并非方案2不可被采用，而是一般的PCB板都只在頂層放置元器件，所以采用方案1較為妥當。但是當在頂層和底層都需要放置元器件，而且內部電源層和地層之間的介質厚度較大，耦合不佳時，就需要考慮哪一層布置的信號線較少。對于方案1而言，底層的信號線較少，可以采用大面積的銅膜來與POWER層耦合；反之，如果元器件主要布置在底層，則應該選用方案2來制板。

如果采用如圖11-1所示的層疊結構，那么電源層和地線層本身就已經耦合，考慮對稱性的要求，一般采用方案1。

在完成4層板的層疊結構分析后，下面通過一個6層板組合方式的例子來說明6層板層疊結構的排列組合方式和優選方法。

（1）Siganl_1（Top），GND（Inner_1），Siganl_2（Inner_2），Siganl_3（Inner_3），POWER（Inner_4），Siganl_4（Bottom）。

方案1采用了4層信號層和2層內部電源/接地層，具有較多的信號層，有利于元器件之間的布線工作，但是該方案的缺陷也較為明顯，表現為以下兩方面。

① 電源層和地線層分隔較遠，沒有充分耦合。
② 信號層Siganl_2（Inner_2）和Siganl_3（Inner_3）直接相鄰，信號隔離性不好，容易發生串擾。

（2）Siganl_1（Top），Siganl_2（Inner_1），POWER（Inner_2），GND（Inner_3），Siganl_3（Inner_4），Siganl_4（Bottom）。

方案2相對于方案1，電源層和地線層有了充分的耦合，比方案1有一定的優勢，但是Siganl_1（Top）和Siganl_2（Inner_1）以及Siganl_3（Inner_4）和Siganl_4（Bottom）信號層直接相鄰，信號隔離不好，容易發生串擾的問題并沒有得到解決。

（3）Siganl_1（Top），GND（Inner_1），Siganl_2（Inner_2），POWER（Inner_3），GND（Inner_4），Siganl_3（Bottom）。

相對于方案1和方案2，方案3減少了一個信號層，多了一個內電層，雖然可供布線的層面減少了，但是該方案解決了方案1和方案2共有的缺陷。

① 電源層和地線層緊密耦合。
② 每個信號層都與內電層直接相鄰，與其他信號層均有有效的隔離，不易發生串擾。
③ Siganl_2（Inner_2）和兩個內電層GND（Inner_1）和POWER（Inner_3）相鄰，可以用來傳輸高速信號。兩個內電層可以有效地屏蔽外界對Siganl_2（Inner_2）層的干擾和Siganl_2（Inner_2）對外界的干擾。

綜合各個方面，方案3顯然是最優化的一種，同時，方案3也是6層板常用的層疊結構。
通過對以上兩個例子的分析，相信讀者已經對層疊結構有了一定的認識，但是在有些時候，某一個方案并不能滿足所有的要求，這就需要考慮各項設計原則的優先級問題。遺憾的是由于

電路板的板層設計和實際電路的特點密切相關，不同電路的抗干擾性能和設計側重點各有所不同，所以事實上這些原則并沒有確定的優先級可供參考。但可以確定的是，設計原則2（內部電源層和地層之間應該緊密耦合）在設計時需要首先得到滿足，另外如果電路中需要傳輸高速信號，那么設計原則3（電路中的高速信號傳輸層應該是信號中間層，并且夾在兩個內電層之間）就必須得到滿足。表11-1給出了多層板層疊結構的參考方案，供讀者參考。

11.2.1 元器件布局的一般原則

設計人員在電路板布局過程中需要遵循的一般原則如下。

（1）元器件最好單面放置。如果需要雙面放置元器件，在底層（Bottom Layer）放置插針式元器件，就有可能造成電路板不易安放，也不利于焊接，所以在底層（Bottom Layer）最好只放置貼片元器件，類似常見的計算機顯卡PCB板上的元器件布置方法。單面放置時只需在電路板的一個面上做絲印層，便于降低成本。

（2）合理安排接口元器件的位置和方向。一般來說，作為電路板和外界（電源、信號線）連接的連接器元器件，通常布置在電路板的邊緣，如串口和并口。如果放置在電路板的中央，顯然不利于接線，也有可能因為其他元器件的阻礙而無法連接。另外在放置接口時要注意接口的方向，使得連接線可以順利地引出，遠離電路板。接口放置完畢后，應當利用接口元器件的String（字符串）清晰地標明接口的種類；對于電源類接口，應當標明電壓等級，防止因接線錯誤導致電路板燒毀。

（3）高壓元器件和低壓元器件之間最好要有較寬的電氣隔離帶。也就是說不要將電壓等級相差很大的元器件擺放在一起，這樣既有利于電氣絕緣，對信號的隔離和抗干擾也有很大好處。

（4）電氣連接關系密切的元器件最好放置在一起。這就是模塊化的布局思想。

（5）對于易產生噪聲的元器件，例如時鐘發生器和晶振等高頻器件，在放置的時候應當盡量把它們放置在靠近CPU的時鐘輸入端。大電流電路和開關電路也容易產生噪聲，在布局的時候這些元器件或模塊也應該遠離邏輯控制電路和存儲電路等高速信號電路，如果可能的話，盡量采用控制板結合功率板的方式，利用接口來連接，以提高電路板整體的抗干擾能力和工作可靠性。

（6）在電源和芯片周圍盡量放置去耦電容和濾波電容。去耦電容和濾波電容的布置是改善電路板電源質量，提高抗干擾能力的一項重要措施。在實際應用中，印制電路板的走線、引腳連線和接線都有可能帶來較大的寄生電感，導致電源波形和信號波形中出現高頻紋波和毛刺，而在電源和地之間放置一個0.1?F的去耦電容可以有效地濾除這些高頻紋波和毛刺。如果電路板上使用的是貼片電容，應該將貼片電容緊靠元器件的電源引腳。對于電源轉換芯片，或者電源輸入端，最好是布置一個10?F或者更大的電容，以進一步改善電源質量。

（7）元器件的編號應該緊靠元器件的邊框布置，大小統一，方向整齊，不與元器件、過孔和焊盤重疊。元器件或接插件的第1引腳表示方向；正負極的標志應該在PCB上明顯標出，不允許被覆蓋；電源變換元器件（如DC/DC變換器，線性變換電源和開關電源）旁應該有足夠的散熱空間和安裝空間，外圍留有足夠的焊接空間等。

11.2.2 元器件布線的一般原則

設計人員在電路板布線過程中需要遵循的一般原則如下。

（1）元器件印制走線的間距的設置原則。不同網絡之間的間距約束是由電氣絕緣、制作工藝和元件大小等因素決定的。例如一個芯片元件的引腳間距是8mil，則該芯片的【Clearance Constraint】就不能設置為10mil，設計人員需要給該芯片單獨設置一個6mil的設計規則。同時，間距的設置還要考慮到生產廠家的生產能力。

另外，影響元器件的一個重要因素是電氣絕緣，如果兩個元器件或網絡的電位差較大，就需要考慮電氣絕緣問題。一般環境中的間隙安全電壓為200V/mm，也就是5.08V/mil。所以當同一塊電路板上既有高壓電路又有低壓電路時，就需要特別注意足夠的安全間距。

（2）線路拐角走線形式的選擇。為了讓電路板便于制造和美觀，在設計時需要設置線路的拐角模式，可以選擇45°、90°和圓弧。一般不采用尖銳的拐角，最好采用圓弧過渡或45°過渡，避免采用90°或者更加尖銳的拐角過渡。

導線和焊盤之間的連接處也要盡量圓滑，避免出現小的尖腳，可以采用補淚滴的方法來解決。當焊盤之間的中心距離小于一個焊盤的外徑D時，導線的寬度可以和焊盤的直徑相同；如果焊盤之間的中心距大于D，則導線的寬度就不宜大于焊盤的直徑。

導線通過兩個焊盤之間而不與其連通的時候，應該與它們保持最大且相等的間距，同樣導線和導線之間的間距也應該均勻相等并保持最大。

（3）印制走線寬度的確定方法。走線寬度是由導線流過的電流等級和抗干擾等因素決定的，流過電流越大，則走線應該越寬。一般電源線就應該比信號線寬。為了保證地電位的穩定（受地電流大小變化影響小），地線也應該較寬。實驗證明：當印制導線的銅膜厚度為0.05mm時，印制導線的載流量可以按照20A/mm2進行計算，即0.05mm厚，1mm寬的導線可以流過1A的電流。所以對于一般的信號線來說10～30mil的寬度就可以滿足要求了；高電壓，大電流的信號線線寬大于等于40mil，線間間距大于30mil。為了保證導線的抗剝離強度和工作可靠性，在板面積和密度允許的范圍內，應該采用盡可能寬的導線來降低線路阻抗，提高抗干擾性能。

對于電源線和地線的寬度，為了保證波形的穩定，在電路板布線空間允許的情況下，盡量加粗，一般情況下至少需要50mil。

（4）印制導線的抗干擾和電磁屏蔽。導線上的干擾主要有導線之間引入的干擾、電源線引入的干擾和信號線之間的串擾等，合理安排和布置走線及接地方式可以有效減少干擾源，使設計出的電路板具備更好的電磁兼容性能。

對于高頻或者其他一些重要的信號線，例如時鐘信號線，一方面其走線要盡量寬，另一方面可以采取包地的形式使其與周圍的信號線隔離起來（就是用一條封閉的地線將信號線“包裹”起來，相當于加一層接地屏蔽層）。

對于模擬地和數字地要分開布線，不能混用。如果需要最后將模擬地和數字地統一為一個電位，則通常應該采用一點接地的方式，也就是只選取一點將模擬地和數字地連接起來，防止構成地線環路，造成地電位偏移。

完成布線后，應在頂層和底層沒有鋪設導線的地方敷以大面積的接地銅膜，也稱為敷銅，用以有效減小地線阻抗，從而削弱地線中的高頻信號，同時大面積的接地可以對電磁干擾起抑制作用。

電路板中的一個過孔會帶來大約10pF的寄生電容，對于高速電路來說尤其有害；同時，過多的過孔也會降低電路板的機械強度。所以在布線時，應盡可能減少過孔的數量。另外，在使用穿透式的過孔（通孔）時，通常使用焊盤來代替。這是因為在電路板制作時，有可能因為加工的原因導致某些穿透式的過孔（通孔）沒有被打穿，而焊盤在加工時肯定能夠被打穿，這也相當于給制作帶來了方便。

以上就是PCB板布局和布線的一般原則，但在實際操作中，元器件的布局和布線仍然是一項很靈活的工作，元器件的布局方式和連線方式并不唯一，布局布線的結果很大程度上還是取決于設計人員的經驗和思路?？梢哉f，沒有一個標準可以評判布局和布線方案的對與錯，只能比較相對的優和劣。所以以上布局和布線原則僅作為設計參考，實踐才是評判優劣的唯一標準。