层叠的定义及添加

　　对高速多层板来说，默认的两层设计无法满足布线信号质量及走线密度要求，这个时候需要对 PCB 层叠进行添加，以满足设计的要求。

　　正片层与负片层

　　正片层就是平常用于走线的信号层（直观上看到的地方就是铜线），可以用“线”“铜皮”等进行大块铺铜与填充操作，如图 8-32 所示。

　　图 8-32  正片层

　　负片层则正好相反，即默认铺铜，就是生成一个负片层之后整一层就已经被铺铜了，走线的地方是分割线，没有铜存在。要做的事情就是分割铺铜，再设置分割后的铺铜的网络即可，如图 8-33 所示。

　　图 8-33  负片层

　　内电层的分割实现

　　在 Protel 版本中，内电压是用“分裂”来分割的，而现在用的版本 Altium Designer 19 直接用“线条”、快捷键“PL”来分割。分割线不宜太细，可以选择 15mil 及以上。分割铺铜时，只要用“线条”画一个封闭的多边形框，再双击框内铺铜设置网络即可，如图 8-34 所示。

　　图 8-34  双击给予网络

　　正、负片都可以用于内电层，正片通过走线和铺铜也可以实现。负片的好处在于默认大块铺铜填充，再进行添加过孔、改变铺铜大小等操作都不需要重新铺铜，这样省去了重新铺铜计算的时间。中间层用电源层和 GND 层（也称地层、地线层、接地层）时，层面上大多是大块铺铜，这样用负片的优势就很明显。

　　PCB 层叠的认识

　　随着高速电路的不断涌现，PCB 的复杂度也越来越高，为了避免电气因素的干扰，信号层和电源层必须分离，所以就牵涉到多层 PCB 的设计。在设计多层 PCB 之前，设计者需要首先根据电路的规模、电路板的尺寸和电磁兼容（EMC）的要求来确定所采用的电路板结构，也就是决定采用 4 层、6 层，还是更多层数的电路板。这就是设计多层板的一个简单概念。

　　确定层数之后，再确定内电层的放置位置及如何在这些层上分布不同的信号。这就是多层 PCB 层叠结构的选择问题。层叠结构是影响 PCB 的 EMC 性能的一个重要因素，一个好的层叠设计方案将会大大减小电磁干扰（EMI）及串扰的影响。

　　板的层数不是越多越好，也不是越少越好，确定多层 PCB 的层叠结构需要考虑较多的因素。从布线方面来说，层数越多越利于布线，但是制板成本和难度也会随之增加。对生产厂家来说，层叠结构对称与否是 PCB 制造时需要关注的焦点。所以，层数的选择需要考虑各方面的需求，以达到最佳的平衡。

　　对有经验的设计人员来说，在完成元件的预布局后，会对 PCB 的布线瓶颈处进行重点分析，再综合有特殊布线要求的信号线（如差分线、敏感信号线等）的数量和种类来确定信号层的层数，然后根据电源的种类、隔离和抗干扰的要求来确定内电层的层数。这样，整个电路板的层数就基本确定了。

　　常见的 PCB 层叠

　　确定了电路板的层数后，接下来的工作便是合理地排列各层电路的放置顺序。图 8-35 和图 8-36 分别列出了常见的 4 层板和 6 层板的层叠结构。

　　图 8-35  常见的 4 层板的层叠结构

　　图 8-36  常见的 6 层板的层叠结构

　　层叠分析

　　怎么层叠？哪样层叠更好？一般遵循以下几点基本原则。

　　① 元件面、焊接面为完整的地平面（屏蔽）。

　　② 尽可能无相邻平行布线层。

　　③ 所有信号层尽可能与地平面相邻。

　　④ 关键信号与地层相邻，不跨分割区。

　　可以根据以上原则，对如图 8-35 和图 8-36 所示的常见的层叠方案进行分析，分析情况如下。

　　（1）3 种常见的 4 层板的层叠方案优缺点对比如表 8-1 所示。

　　（2）4 种常见的 6 层板的层叠方案优缺点对比如表 8-2 所示。

　　通过方案 1 到方案 4 的对比发现，在优先考虑信号的情况下，选择方案 3 和方案 4 会明显优于前面两种方案。但是在实际设计中，产品都是比较在乎成本的，然后又因为布线密度大，通常会选择方案 1 来做层叠结构，所以在布线的时候一定要注意相邻两个信号层的信号交叉布线，尽量让串扰降到最低。

　　（3）常见的 8 层板的层叠推荐方案如图 8-37 所示，优选方案 1 和方案 2，可用方案 3。

　　图 8-37  常见的 8 层板的层叠推荐方案

　　层的添加及编辑

　　确认层叠方案之后，如何在 Altium Designer 当中进行层的添加操作呢？下面简单举例说明如下。

　　（1）执行菜单命令“设计 - 层叠管理器”或者按快捷键“DK”，进入如图 8-38 所示的层叠管理器，进行相关参数设置。

　　图 8-38  层叠管理器

　　（2）单击鼠标右键，执行“Insert layer above”或“Insert layer below”命令，可以进行添加层操作，可添加正片或负片；执行“Move layer up”或“Move layer down”命令，可以对添加的层顺序进行调整。

　　（3）双击相应的名称，可以更改名称，，一般可以改为 TOP、GND02、SIN03、SIN04、PWR05、BOTTOM 这样，即采用“字母+层序号（Altium Designer 19 自带这个功能）”，这样方便读取识别。

　　（4）根据层叠结构设置板层厚度。

　　（5）为了满足设计的 20H，可以设置负片层的内缩量。

　　（6）单击“OK”按钮，完成层叠设置。一个 4 层板的层叠效果如图 8-39 所示。

　　图 8-39  4 层板的层叠效果

　　建议信号层采取正片的方式处理，电源层和地线层采取负片的方式处理，可以在很大程度上减小文件数据量的大小和提高设计的速度。