嘉立创EDA-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。

1 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6-1所示。

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，且分割完成之后需要手动重建一次内电层即可，如图6-2所示。

2 内电层的分割实现

分割内电层需要用“线条”来分割，执行菜单命令“放置-线条-折线”等无电气属性线框，不能使用导线，如图6-3所示，分割线不宜太细，可以选择15mil及以上。分割完成之后点击选中负片在其右侧栏的“属性”对话框内选择“重建内电层”选项，再单击选中分割框内的铺铜，在“右侧栏-属性”面板“网络”选项设置网络即可，如图6-4所示。

正、负片都可以用于内层电源、地连接，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。

3 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。

1．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6-5和图6-6分别列出了常见的4层板和6层板的层叠结构。

2．层叠分析

怎么层叠？哪种层叠更好？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6-5和图6-6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6-1所示。

	方 案 图 示	优    点	缺    点
方案1		此方案主要为了达到一定的屏蔽效果，把电源、地平面分别放在顶层、底层	（1）电源、地相距过远，电源平面阻抗过大 （2）电源、地平面由于元件焊盘等影响，极不完整 （3）由于参考面不完整，信号阻抗不连续，预期的屏蔽效果很难实现
方案2		在元件面下有一个地平面，适用于主要元件在顶层布局或关键信号在顶层布线的情况	/
方案3		同方案2类似，适用于主要元件在底层布局或关键信号在底层布线的情况	/

通过方案1到方案3的对比发现，对于4层板的层叠，通常选择方案2或者方案3，请结合板子的实际情况和层叠原则来正确选择。

（2）4种常见的6层板的层叠方案优缺点对比如表6-2所示。

	方 案 图 示	优    点	缺    点
方案1		采用4个信号层和两个内部电源/地线层，具有较多的信号层，有利于元件之间的布线工作	（1）电源层和地线层分隔较远，没有充分耦合 （2）信号层SIN03和SIN04直接相邻，信号隔离性不好，容易发生串扰，在布线的时候需要错开布线
	方 案 图 示	优    点	缺    点
方案2		电源层和地线层耦合充分	表层信号层的相邻层也为信号层，信号隔离性不好，容易发生串扰
方案3		（1）电源层和地线层耦合充分 （2）每个信号层都与内电层直接相邻，与其他信号层均有有效的隔离，不易发生串扰 （3）信号层SIN03和两个内电层GND2和PWR04相邻，可以用来传输高速信号。两个内电层可以有效地屏蔽外界对SIN03的干扰和SIN03对外界的干扰	/
方案4		（1）电源层和地线层耦合充分 （2）每个信号层都与内电层直接相邻，与其他信号层均有有效的隔离，不易发生串扰	/

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6-7所示，优选方案1和方案2，可用方案3。

4 层的添加及编辑

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

图层管理器分为“图层管理”和“物理堆叠”，图层管理用于添加图层、图层的透明度、名称、类型、颜色等操作；物理堆叠可设置堆叠参数，包括图层厚度、介电层材质、介电常数，当前版本该参数仅做记录和3D预览，不影响导出Gerber，在下单的时候需要重新选择堆叠参数进行下单。

（1）执行菜单命令“工具-图层管理器”或者按默认快捷键“Ctrl+L”，进入如图6-8所示的图层管理，进行相关参数设置。

（2）点击弹窗左上角“铜箔层”，选择需要的层数量，内层可以点击“类型”中的下滑栏选择正片或者负片。

（3）鼠标单击“名称”分栏可更改相应的层名称，一般可以改为TOP、GND02、SIN03、SIN04、PWR05、BOTTOM这样，即采用“字母+层序号”这样方便读取识别。

（4）根据层叠结构设置板层厚度。

（5）点击层列表上方加号图标，创建自定义层；最多可创建30个自定义层，自定义层一般用于额外的信息记录用，自定义层默认不导出Gerber，不参与实物生产，在导出Gerber的时候可以使用自定义导出选择是否导出。

（6）点击“确认”按钮，完成图层管理器设置。

（7）为了满足设计的20H原则，可以设置负片层的内缩量，执行菜单命令“设计-设计规则-平面-内电层”，在内电层规则中鼠标左键点击“到边框/到槽孔间距”选项，根据需要内缩的距离设置间距，点击“确认”按钮应用此规则；如图6-9所示。层叠设置全部完成，一个4层板的层叠效果如图6-10所示。

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。