設計する前に 多層PCB ボードの場合、設計者はまず、回路スケール、回路基板サイズ、および電磁両立性（EMC）要件に従って使用する回路基板構造を決定する必要があります。つまり、回路基板の4層、6層、またはそれ以上の層を使用するかどうかを決定します。 。 層の数を決定した後、内部電気層を配置する場所と、これらの層にさまざまな信号を分配する方法を決定します。 これは、多層PCBスタック構造の選択です。

積層構造は、PCBボードのEMC性能に影響を与える重要な要素であり、電磁干渉を抑制するための重要な手段でもあります。 この記事では、多層PCBボードスタック構造の関連コンテンツを紹介します。

電力層、接地層、信号層の数を決定した後、それらの相対的な配置は、すべてのPCBエンジニアが避けられないトピックです。

層配置の一般原則：

1.多層PCBボードの積層構造を決定するには、さらに多くの要因を考慮する必要があります。 配線の観点からは、層が多いほど配線は良くなりますが、ボード製造のコストと難易度も高くなります。 メーカーにとって、積層構造が対称であるかどうかは、PCBボードを製造する際に注意を払う必要がある焦点であるため、層数の選択では、最適なバランスを実現するためにあらゆる側面のニーズを考慮する必要があります。 経験豊富な設計者は、コンポーネントの事前レイアウトを完了した後、PCB配線のボトルネックの分析に焦点を合わせます。 他のEDAツールと組み合わせて、回路基板の配線密度を分析します。 次に、信号層の数を決定するために、差動線、高感度信号線などの特別な配線要件で信号線の数とタイプを合成します。 次に、電源のタイプ、絶縁、および干渉防止に応じて、内部電気層の数を決定するための要件。 このようにして、回路基板全体の層数が基本的に決定されます。

2. The bottom of the component surface (the second layer) is the ground plane, which provides the device shielding layer and the reference plane for the top wiring; the sensitive signal layer should be adjacent to an internal electrical layer (internal power/ground layer), using the large internal electrical layer Copper film to provide shielding for the signal layer. The high-speed signal transmission layer in the circuit should be a signal intermediate layer and sandwiched between two inner electrical layers. In this way, the copper film of the two inner electric layers can provide electromagnetic shielding for high-speed signal transmission, and at the same time, it can effectively limit the radiation of the high-speed signal between the two inner electric layers without causing external interference.

3.すべての信号層はグランドプレーンに可能な限り近くなります。

4. Try to avoid two signal layers directly adjacent to each other; it is easy to introduce crosstalk between adjacent signal layers, resulting in circuit function failure. Adding a ground plane between the two signal layers can effectively avoid crosstalk.

5.主電源はそれに応じて可能な限り近くにあります。

6.積層構造の対称性を考慮に入れます。

7.マザーボードのレイヤレイアウトでは、既存のマザーボードが並列の長距離配線を制御することは困難です。 ボードレベルの動作周波数が50MHZを超える場合（50MHZ未満の状況を参照し、適切にリラックスしてください）、次の原則を調整することをお勧めします。

コンポーネント表面と溶接表面は完全なグランドプレーン（シールド）です。隣接する平行配線層はありません。すべての信号層はグランドプレーンに可能な限り近接しています。

キー信号は地面に隣接しており、パーティションを通過しません。

注：特定のPCB層をセットアップするときは、上記の原則を柔軟に習得する必要があります。 上記の原則の理解に基づいて、シングルボードの実際の要件（キー配線層、電源、グランドプレーン分割が必要かどうかなど）に従って、層の配置を決定し、しないでください。ぶっきらぼうにコピーするか、そのままにしておきます。

8.複数の接地された内部電気層は、接地インピーダンスを効果的に低減できます。 たとえば、A信号層とB信号層は別々のグランドプレーンを使用するため、コモンモード干渉を効果的に低減できます。

一般的に使用される層状構造：4層ボード

以下では、4層ボードの例を使用して、さまざまな積層構造の配置と組み合わせを最適化する方法を説明します。

For commonly used 4-layer boards, there are the following stacking methods (from top to bottom).

（1）Siganl_1（上）、GND（Inner_1）、POWER（Inner_2）、Siganl_2（下）。

（2）Siganl_1（上）、POWER（Inner_1）、GND（Inner_2）、Siganl_2（下）。

(3) POWER (Top), Siganl_1 (Inner_1), GND (Inner_2), Siganl_2 (Bottom).

明らかに、オプション3は、電源層と接地層の間の効果的な結合が不足しているため、採用しないでください。

Then how should options 1 and 2 be selected?

Under normal circumstances, designers will choose option 1 as the structure of the 4-layer board. The reason for the choice is not that Option 2 cannot be adopted, but that the general PCB board only places components on the top layer, so it is more appropriate to adopt Option 1.

ただし、コンポーネントを上層と下層の両方に配置する必要があり、内部電源層と接地層の間の誘電体の厚さが大きく、結合が不十分な場合は、どちらの層の信号線が少ないかを考慮する必要があります。 オプション1の場合、最下層の信号線が少なくなり、大面積の銅膜を使用してPOWER層と結合できます。 逆に、コンポーネントが主に最下層に配置されている場合は、オプション2を使用してボードを作成する必要があります。

積層構造を採用している場合、パワー層とグラウンド層はすでに結合されています。 対称性の要件を考慮して、スキーム1が一般的に採用されます。

6層基板

4層基板の積層構造の解析が完了した後、6層基板の組み合わせ例を用いて、6層基板の配置と組み合わせ、および好ましい方法を説明します。

（1）Siganl_1（上）、GND（Inner_1）、Siganl_2（Inner_2）、Siganl_3（Inner_3）、電源（Inner_4）、Siganl_4（下）。

解決策1は、4つの信号層と2つの内部電源/接地層を使用し、信号層が多いため、コンポーネント間の配線作業に役立ちますが、このソリューションの欠陥もより明白であり、次のXNUMXつの側面で明らかになります。

① The power plane and the ground plane are far apart, and they are not sufficiently coupled.

②信号層Siganl_2（Inner_2）とSiganl_3（Inner_3）が直接隣接しているため、信号の分離が悪く、クロストークが発生しやすい。

（2）Siganl_1（上）、Siganl_2（Inner_1）、POWER（Inner_2）、GND（Inner_3）、Siganl_3（Inner_4）、Siganl_4（下）。

スキーム2スキーム1と比較すると、電源層とグランドプレーンは完全に結合されており、スキーム1に比べて一定の利点がありますが、

Siganl_1（上）とSiganl_2（Inner_1）およびSiganl_3（Inner_4）とSiganl_4（下）の信号層は互いに直接隣接しています。 信号の分離は良くなく、クロストークの問題は解決されていません。

（3）Siganl_1（上）、GND（Inner_1）、Siganl_2（Inner_2）、POWER（Inner_3）、GND（Inner_4）、Siganl_3（下）。

スキーム1およびスキーム2と比較して、スキーム3には信号層が1つ少なく、内部電気層が2つ多くなっています。 配線に使用できる層は減りますが、このスキームはスキームXNUMXとスキームXNUMXの一般的な欠陥を解決します。

①電源プレーンとグランドプレーンは緊密に結合されています。

②各信号層は内部電気層に直接隣接しており、他の信号層から効果的に絶縁されており、クロストークが発生しにくい。

③Siganl_2（Inner_2）は、高速信号の送信に使用できる1つの内部電気層GND（Inner_3）とPOWER（Inner_2）に隣接しています。 2つの内部電気層は、外界からSiganl_2（Inner_2）層への干渉と、Siganl_XNUMX（Inner_XNUMX）から外界への干渉を効果的にシールドできます。

すべての面で、スキーム3は明らかに最も最適化されたものです。 同時に、スキーム3は、6層ボードに一般的に使用される積層構造でもあります。 上記の2つの例を分析することで、読者はカスケード構造をある程度理解していると思いますが、特定のスキームではすべての要件を満たすことができない場合があり、さまざまな設計原則の優先順位を考慮する必要があります。 残念ながら、回路基板層の設計は実際の回路の特性と密接に関連しているため、異なる回路の干渉防止性能と設計の焦点は異なります。したがって、実際、これらの原則は参照の優先順位を決定していません。 しかし、確かなことは、設計原理3（内部電源層と接地層を緊密に結合する必要がある）を最初に満たす必要があり、高速信号を回路で送信する必要がある場合は、設計原理XNUMX （回路内の高速信号伝送層）信号中間層であり、XNUMXつの内部電気層の間に挟まれている必要があります）を満たす必要があります。

10層基板

PCBの典型的な10層ボード設計

一般的な配線順序は、TOP-GND-信号層-電力層-GND-信号層-電力層-信号層-GND-BOTTOMです。

配線シーケンス自体は必ずしも固定されているわけではありませんが、それを制限するいくつかの標準と原則があります。たとえば、最上層と最下層の隣接する層は、シングルボードのEMC特性を確保するためにGNDを使用します。 例えば、各信号層は、好ましくは、参照面としてGND層を使用する。 シングルボード全体で使用される電源は、優先的に銅片全体に配置されます。 影響を受けやすく、高速で、ジャンプの内層に沿って進むことを好むなど。