【华秋干货铺】一文轻松搞定 PCB 叠层和阻抗设计

作者：华秋电子

2023-07-31
广东
本文字数：2070 字
阅读完需：约 7 分钟

为了减少在高速信号传输过程中的反射现象，必须在信号源、接收端以及传输线上保持阻抗的匹配。单端信号线的具体阻抗取决于它的线宽尺寸以及与参考平面之间的相对位置。特定阻抗要求的差分对间的线宽/线距则取决于选择的 PCB 叠层结构。

由于最小线宽和最小线距是取决于 PCB 类型以及成本要求，受此限制，选择的 PCB 叠层结构必须能实现板上的所有阻抗需求，包括内层和外层、单端和差分线等。

PCB 叠层设计

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层的定义设计原则

1、主芯片相临层为地平面，提供器件面布线参考平面；

2、所有信号层尽可能与地平面相邻；

3、尽量避免两信号层直接相邻；

4、主电源尽可能与其对应地相邻；

5、原则上应该采用对称结构设计，对称的含义包括：介质层厚度及种类、铜箔厚度、图形分布类型（大铜箔层、线路层）的对称。

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PCB 的层定义推荐方案

具体的 PCB 层设置时，要对以上原则进行灵活掌握，根据实际的需求，确定层的排布，切忌生搬硬套。以下给出常见的层排布推荐方案，供参考。在层设置时，若有相邻布线层，可通过增大相邻布线层的间距，来降低层间串扰。对于跨分割的情况，确保关键信号必须有相对完整的参考地平面或提供必要的桥接措施。

本文以 RK3588 方案的 PCB 设计为例，其 10 层 1 阶，10 层 2 阶，8 层通孔等 PCB 叠层结构的相关介绍，给客户在叠层结构的选择和评估上提供帮助。如果选择其他类型的叠层结构，请根据 PCB 厂商给出的规格，重新计算阻抗。

本文使用华秋 DFM 软件的阻抗计算功能，为大家展开相关叠层和阻抗设计的案例讲解。这是一款国内免费的 PCB 可制造性和 PCBA 装配分析软件，帮助设计工程师在生产前检查出可制造性问题，且能够满足工程师需要的多种使用场景。

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8 层通孔板 1.6mm 厚度叠层设计

在 8 层通孔板叠层设计中，顶层信号 L1 的参考平面为 L2，底层信号 L8 的参考平面为 L7。建议层叠为 TOP-Gnd-Signal-Power-Gnd-Signal-Gnd-Bottom，基铜厚度建议全部采用 1oZ，厚度为 1.6mm，其叠层设计如下图所示。

8 层通孔板 1.6mm 厚度阻抗设计

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外层单端 50 欧姆阻抗设计

使用华秋 DFM 工具，选择外层单端阻抗模型，输入对应参数，计算出对应线宽为 3.8mil，L1 与 L8 层是对称设计，故 L1 层与 L8 层 50 欧姆单端走线为 3.8mil，如下图所示。

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外层差分 100 欧姆阻抗设计

使用华秋 DFM 工具，选择外层单端阻抗模型，输入对应参数，计算出对应线宽/间距为 3.3/7.7mil，L1 与 L8 层是对称设计，故 L1 层与 L8 层 100 欧姆差分走线为 3.3/7.7mil，如下图所示。

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内层单端 50 欧姆阻抗设计

使用华秋 DFM 工具，选择外层单端阻抗模型，输入对应参数，计算出对应线宽为 4.2mil，L3 与 L6 层是对称设计，故 L3 层与 L6 层 50 欧姆单端走线为 4.2mil，如下图所示。

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内层差分 100 欧姆阻抗设计

使用华秋 DFM 工具，选择外层单端阻抗模型，输入对应参数，计算出对应线宽/间距为 3.3/7.7mil，L3 与 L6 层是对称设计，故 L3 层与 L6 层 100 欧姆差分走线为 3.3/7.7mil，如下图所示。

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总体阻抗走线线宽

8 层通孔板 1.2mm 厚度叠层设计

在 8 层通孔板叠层设计中，顶层信号 L1 的参考平面为 L2，底层信号 L8 的参考平面为 L7。建议层叠为 TOP-Gnd-Signal-Power-Gnd-Signal-Gnd-Bottom，基铜厚度建议全部采用 1oZ，厚度为 1.2mm，详细的叠层设计如下表所示。

8 层通孔板 1.2mm 厚度阻抗设计

按照叠层设计参数，使用华秋 DFM 软件进行阻抗计算，计算方法与上述 8 层 1.6MM 通孔一致，不一一截图，计算出的阻抗线宽线距如下表所示。

8 层通孔板 1.0mm 厚度叠层设计

在 8 层通孔板叠层设计中，顶层信号 L1 的参考平面为 L2，底层信号 L8 的参考平面为 L7。建议层叠为 TOP-Gnd-Signal-Power-Gnd-Signal-Gnd-Bottom，基铜厚度建议全部采用 1oZ，厚度为 1.0mm，详细的叠层设计如下表所示。

8 层通孔板 1.0mm 厚度阻抗设计

按照叠层设计参数，使用华秋 DFM 软件进行阻抗计算，计算方法与上述 8 层 1.6MM 通孔一致，不一一截图，计算出的阻抗线宽线距如下表所示。

10 层 1 阶 HDI 板 1.6mm 厚度叠层设计

在 10 层 1 阶板叠层设计中，顶层信号 L1 的参考平面为 L2，底层信号 L10 的参考平面为 L9。建议层叠为 TOP-Signal/Gnd-Gnd/Power-Signal-Gnd/Power-Gnd/Power-Gnd/Power-Signal-Gnd-Bottom，其中 L1，L2，L9，L10，建议采用 1oZ，其它内层采用 HoZ。如下图所示为 1.6mm 板厚的参考叠层。

10 层 1 阶 HDI 板 1.6mm 厚度阻抗设计

按照叠层设计参数，使用华秋 dfm 软件进行阻抗计算，计算方法与上述 8 层通孔一致，不一一截图，计算出的单端阻抗线宽线距、差分阻抗线宽线距如下图所示。

10 层 2 阶 HDI 板 1.6mm 厚度叠层设计

在 10 层 2 阶板叠层设计中，顶层信号 L1 的参考平面为 L2，底层信号 L10 的参考平面为 L9。建议层叠为 TOP-Gnd-Signal-Gnd-Power-Signal/Pow -Gnd-Signal-Gnd-Bottom，其中 L1，L2，L3，L8，L9，L10，建议采用 1oZ，其它内层采用 HoZ。下图为 1.6mm 板厚的参考叠层。