详述，PCB叠层对EMC的影响-感算商城

电磁兼容性（EMC）是电子设备能否在特定的电磁环境中正常工作，并且不会对其它设备造成干扰的一项重要指标。在PCB设计中，EMC问题处理不当会导致信号干扰、系统故障或无法满足行业标准。

选择合适的电源层与地层的层数！

对于只有一种电源的PCB，一个电源层就足够了。对于多种不重叠的电源，可以使用一个独立的电源层，以确保邻近层上的重要信号线不会跨越电源分割区。但如果电源供应区域重叠，则需要使用两个或更多的电源层。此时必须满足以下条件：

每个电源层只承载一种电源，或多种不重叠的电源。
邻近层上的重要信号线最好不要跨越电源分割区域。

同样，在选择接地层时，必须考虑以下几点：

元器件层的下一层应该是一个完整的接地平面。如果这在多层HDI板中无法实现，允许使用局部的小接地平面。

高频、射频（RF）、高速和时钟信号需要一个相邻的接地层。
每个电源层都应有一个对应的接地层，考虑电流的回路尽量短。

通常，更多的接地层意味着更好的EMC屏蔽效果，但更多的层数也意味着更高的成本。对于EMC设计而言，4层板是一个基础选择，它包含一个电源层和一个接地层。6层或更多层数的板则适用于需要更好屏蔽和参考平面的高速、高密度设计。2层PCB虽然成本低廉，但EMC性能较弱，且严重依赖大面积的接地铺铜。

在对成本敏感的消费电子产品中，减少层数可以降低成本。例如，当产品进入成熟期，成本削减可能会导致层数减少，比如将10层板改为8层板。在这种情况下，应该移除哪一层：接地层还是电源层？通常，PCB制造商会优先保证接地层的完整性，而非电源层。这就是为什么智能手机的PCB通常没有独立的电源层。他们会将原有的电源层用于走其他信号，使其成为一个混合信号层。

信号层数量的确定！

当工程师把网表导入PCB设计软件后，软件会显示元器件数量、焊盘数量、信号走线数量以及布线密度。这有助于初步估算所需的信号层数量。经验丰富的PCB设计工程师会结合电路板的工作频率、有特殊布线要求的重要信号数量，以及成本与性能之间的权衡，来做一个初步估算。

依据信号重要性和布线方向会被工程师分配到不同的信号层。如果不确定信号层层数是否足够，可以先对重要信号在各层进行预布线（pre-route），以检验布线空间是否充足以及接地屏蔽是否有效。

对于移动设备，可以按以下思路考虑信号层的分配：

时钟（CLK）走线：需要在其两侧进行接地（GND）屏蔽。
射频（RF）走线：应优先布在表层。如果布在内层，则需要有相邻的接地平面为其提供参考。4G设计通常会为RF信号分配一个专用的内层；而5G和6G则可能需要3到4个层。
高速信号：如IQ、USB、MIPI、HDMI和LVDS等，需要进行屏蔽和隔离，它们应分配在专属的信号层上。如果它们需要跨层布线，相邻的接地层必须为它们提供屏蔽。

信号层的数量主要由电路板的功能决定。从EMC的角度来看，需要对重要的信号网络（包括那些会产生辐射的信号和那些对噪声敏感的信号）进行屏蔽或隔离

地层与电源层的布局！

电源走线是EMC问题的主要来源之一。如果将电源走线布在表层，它们更容易受到外部环境的干扰，这会影响电路的稳定性。对于高性能和关键性产品，应采用内层电源来提升性能并降低干扰。

电源层的阻抗通常高于接地层。为降低阻抗，应将主电源层与其参考接地层对应放置，这样可以增强电容耦合效应。电源层和接地层与PCB上的去耦电容共同构成了一个宽频的电源-接地网络，但这同时也可能引发谐振问题。

电源层和接地层通常构成“接地-电源-接地”的三明治结构。为了获得良好的EMC屏蔽效果，电源层应比接地层略微内缩。这就像用手包住一个鸡蛋：手必须比鸡蛋大才能将其完全覆盖。

如果电源层与接地层之间的间距为 h，研究表明：

当电源层比接地层内缩 20h 时，70%的电场能量会被束缚在接地层内部。
当内缩达到 100h 时，98%的能量会被束缚。

通常，PCB设计遵循“20h规则”。此外在混合信号PCB中，当模拟地和数字地需要在某个元器件下连接时，应在它们之间设置一条隔离沟（Anti-Etch），并通过磁珠在指定点实现单点连接。

接地层与信号层的布局

在故确定了电源层、接地层和信号层的数量后，它们的排列顺序（即层序）对PCB设计工程师而言至关重要。

为提升EMC性能：

将敏感的模拟信号（如传感器输入）放置在两个接地层之间（即“GND-信号-GND”结构），以形成有效的屏蔽。
将高速差分对（如USB、PCIe、MIPI、HDMI、LVDS）布线在内层，并确保其有相邻的接地层进行噪声隔离。

以下是一些关于层序排列的指导原则：

与元器件层相邻的内层（通常是第二层）应设为接地层。这能为顶层信号提供屏蔽和参考平面。（在HDI设计中，第二层也可能有走线。）
所有信号层都应尽可能与接地层相邻。
避免将两个信号层直接相邻放置。
大面积的电源层应与其参考接地层相邻。

更多的信号层有助于布线，让PCB布局更容易。但层数多并不代表设计水平高。有些PCB工程师看到有公司设计30层以上的板子时，会感到忧虑。然而，优秀的工程师能将一个需要10层板的设计用8层实现，同时还能保持优越的性能。这才是高超设计能力的体现。

参考平面的选择，电源层or地层

电源层和接地层都可以用作参考平面，两者都能提供一定的屏蔽效果。但是，电源层的阻抗更高，且电位波动更剧烈，这使得它们作为参考平面的效果大打折扣。相比之下，接地层电位恒定，是更理想的选择。

尽管如此，在实际项目中，偶尔也会出现将电源层用作参考平面的情况。例如，在一个ADAS（高级驾驶辅助系统）项目中，PDN（电源分配网络）仿真屡次失败。后来，工程师将一部分表层地（GND）改成了电源层。这样一来，第三层上的高速信号就以这个电源层为参考平面。最终，PDN仿真得以通过。尽管这种方法不符合常规的设计准则，但它在实践中解决了问题但是也存在一定的争议。

PCB的叠层结构

每个电源层、信号层和接地层都由介质层（例如FR4）隔开。层与层之间的介质厚度非常重要。PCB层压板主要由两种材料构成：芯板（Core）和PP片（Prepreg）。

芯板（Core）：也称为“板芯”，是构成多层PCB的基础材料。它是一种双面都覆有铜箔的硬质板材，可以用作信号层、电源层或接地层。芯板质地坚硬，能提供良好的机械强度和电气特性。

PP片（Prepreg）：是“Pre-impregnated”（预浸渍）的缩写，也称为半固化片。它是一种由玻璃纤维和环氧树脂构成的半固化树脂材料。在PCB制造过程中，它用于填充层间间隙并起到粘合剂的作用。在压合时，PP片会融化、流动并最终固化，从而将各个层粘合在一起，并形成绝缘层。PP片本身表面没有铜箔，且质地较软。在多层PCB中，PP片用于填充芯板（Core）之间的空隙。通常，PP片的一侧会附有一层铜箔，这种材料也被称为“覆铜的半固化片”。

从根本上说，你可以将PP片理解为带单面铜箔的FR4，而芯板（Core）则是双面带铜箔的FR4。这也是为什么PCB通常是偶数层的原因。芯板（Core）通常比PP片厚。例如，在一个4层一阶HDI板中，芯板会远厚于PP片。这样可以使接地层更靠近信号层，通过提供更好的信号屏蔽来改善EMC性能。

PCB设计中关于EMC的思考

在电子设计自动化（EDA）中，为了获得更好的电磁兼容性（EMC），应遵循关于介质厚度的两个原则：

信号层与接地层之间的间距越小越好。
两个信号层之间的间距越大，相互干扰就越小。

物理对称性 vs. 信号层对称性

PCB制造采用的是层压工艺，这意味着介质层和铜层在板的两侧需要对称。例如，在一个8层、2阶的PCB中，对应层的铜厚应保持一致：

第1层与第8层：30μm
第2层与第7层：20μm
第4层与第5层：铜厚相同

PP片（预浸料）厚度也应对称。如果在第1-2层和第7-8层之间使用PP1067，那么在第2-3层和第6-7层之间也应使用PP1067。在通孔PCB中，各层通常是对称的。例如，在一个6层通孔板中：

第1层和第6层为信号层
第2层和第5层为接地层（GND）
第3层和第4层为电源层（Power）

但在HDI（高密度互连）板中，要实现信号层对称性较困难。例如，在一个6层、1阶HDI板中，如果需要从第1层走线到第4层，则必须通过第2层和第5层的激光孔（vias）。这使得将第2层作为接地层变得困难，因此会将第3层设置为GND。若要保持对称，第4层也应是GND，但这样会浪费布线空间。因此，在HDI板中实现信号层对称性往往不现实。

面试提醒：

如果面试时有人问你如何设计一个6层PCB的叠层结构，回答为 “S1-S2-G-S3-S4-S5” 是错误的，因为它不符合对称性原则。

4层PCB叠层结构

两层PCB没有独立的电源层和接地层，因此我们通常使用四层PCB。常见的叠层结构有三种类型。

方案1（推荐）