在設計多層PCB電路板之前，設計者需要首先根據電路的規模、電路板的尺寸和電磁兼容（EMC）的要求來確定所采用的電路板結構，也就是決定采用4層，6層，還是更多層數的電路板。確定層數之后，再確定內電層的放置位置以及如何在這些層上分布不同的信號。這就是多層PCB層疊結構的選擇問題。

層疊結構是影響PCB板EMC性能的一個重要因素，也是抑制電磁干擾的一個重要手段。

本節將介紹多層PCB板層疊結構的相關內容。

對于電源、地的層數以及信號層數確定后，它們之間的相對排布位置是每一個PCB工程師都不能回避的話題；

層的排布一般原則：

1、確定多層PCB板的層疊結構需要考慮較多的因素。從布線方面來說，層數越多越利于布線，但是制板成本和難度也會隨之增加。對于生產廠家來說，層疊結構對稱與否是PCB板制造時需要關注的焦點，所以層數的選擇需要考慮各方面的需求，以達到最佳的平衡。對于有經驗的設計人員來說，在完成元器件的預布局后，會對PCB的布線瓶頸處進行重點分析。結合其他EDA工具分析電路板的布線密度；再綜合有特殊布線要求的信號線如差分線、敏感信號線等的數量和種類來確定信號層的層數；然后根據電源的種類、隔離和抗干擾的要求來確定內電層的數目。這樣，整個電路板的板層數目就基本確定了。

2、元件面下面（第二層）為地平面，提供器件屏蔽層以及為頂層布線提供參考平面；敏感信號層應該與一個內電層相鄰（內部電源/地層），利用內電層的大銅膜來為信號層提供屏蔽。電路中的高速信號傳輸層應該是信號中間層，并且夾在兩個內電層之間。這樣兩個內電層的銅膜可以為高速信號傳輸提供電磁屏蔽，同時也能有效地將高速信號的輻射限制在兩個內電層之間，不對外造成干擾。

3、所有信號層盡可能與地平面相鄰；

4、盡量避免兩信號層直接相鄰；相鄰的信號層之間容易引入串擾，從而導致電路功能失效。在兩信號層之間加入地平面可以有效地避免串擾。

5、主電源盡可能與其對應地相鄰；

6、兼顧層壓結構對稱。

7、對于母板的層排布，現有母板很難控制平行長距離布線，對于板級工作頻率在50MHZ以上的（50MHZ以下的情況可參照，適當放寬），建議排布原則：

● 元件面、焊接面為完整的地平面（屏蔽）；

●無相鄰平行布線層；

●所有信號層盡可能與地平面相鄰；

●關鍵信號與地層相鄰，不跨分割區。

注：具體PCB的層的設置時，要對以上原則進行靈活掌握，在領會以上原則的基礎上，根據實際單板的需求，如：是否需要一關鍵布線層、電源、地平面的分割情況等，確定層的排布，切忌生搬硬套，或摳住一點不放。

8、多個接地的內電層可以有效地降低接地阻抗。例如，A信號層和B信號層采用各自單獨的地平面，可以有效地降低共模干擾。

常用的層疊結構：

4層板

下面通過 4 層板的例子來說明如何優選各種層疊結構的排列組合方式。

對于常用的 4 層板來說，有以下幾種層疊方式（從頂層到底層）。

（1）Siganl_1（Top），GND（Inner_1），POWER（Inner_2），Siganl_2（Bottom）。

（2）Siganl_1（Top），POWER（Inner_1），GND（Inner_2），Siganl_2（Bottom）。

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

顯然，方案 3 電源層和地層缺乏有效的耦合，不應該被采用。

那么方案 1 和方案 2 應該如何進行選擇呢？

一般情況下，設計人員都會選擇方案 1 作為 4層板的結構。選擇的原因并非方案 2 不可被采用，而是一般的 PCB 板都只在頂層放置元器件，所以采用方案 1 較為妥當。

但是當在頂層和底層都需要放置元器件，而且內部電源層和地層之間的介質厚度較大，耦合不佳時，就需要考慮哪一層布置的信號線較少。對于方案 1而言，底層的信號線較少，可以采用大面積的銅膜來與 POWER 層耦合；反之，如果元器件主要布置在底層，則應該選用方案 2 來制板。

如果采用層疊結構，那么電源層和地線層本身就已經耦合，考慮對稱性的要求，一般采用方案 1。

6層板

在完成 4 層板的層疊結構分析后，下面通過一個 6 層板組合方式的例子來說明 6 層板層疊結構的排列組合方式和優選方法。

（1）Siganl_1（Top），GND（Inner_1），Siganl_2（Inner_2），Siganl_3（Inner_3），POWER（Inner_4），Siganl_4（Bottom）。

方案 1 采用了 4 層信號層和 2 層內部電源/接地層，具有較多的信號層，有利于元器件之間的布線工作，但是該方案的缺陷也較為明顯，表現為以下兩方面。

① 電源層和地線層分隔較遠，沒有充分耦合。

② 信號層 Siganl_2（Inner_2）和 Siganl_3（Inner_3）直接相鄰，信號隔離性不好，容易發生串擾。

（2）Siganl_1（Top），Siganl_2（Inner_1），POWER（Inner_2），GND（Inner_3），Siganl_3（Inner_4），Siganl_4（Bottom）。

方案 2 相對于方案 1，電源層和地線層有了充分的耦合，比方案 1 有一定的優勢，但是

Siganl_1（Top）和 Siganl_2（Inner_1）以及 Siganl_3（Inner_4）和 Siganl_4（Bottom）信號層直接相鄰，信號隔離不好，容易發生串擾的問題并沒有得到解決。

（3）Siganl_1（Top），GND（Inner_1），Siganl_2（Inner_2），POWER（Inner_3），GND（Inner_4），Siganl_3（Bottom）。

相對于方案 1 和方案 2，方案 3 減少了一個信號層，多了一個內電層，雖然可供布線的層面減少了，但是該方案解決了方案 1 和方案 2 共有的缺陷。

① 電源層和地線層緊密耦合。

② 每個信號層都與內電層直接相鄰，與其他信號層均有有效的隔離，不易發生串擾。

③ Siganl_2（Inner_2）和兩個內電層 GND（Inner_1）和 POWER（Inner_3）相鄰，可以用來傳輸高速信號。兩個內電層可以有效地屏蔽外界對 Siganl_2（Inner_2）層的干擾和Siganl_2（Inner_2）對外界的干擾。

綜合各個方面，方案 3 顯然是最優化的一種，同時，方案 3 也是 6 層板常用的層疊結構。通過對以上兩個例子的分析，相信讀者已經對層疊結構有了一定的認識，但是在有些時候，某一個方案并不能滿足所有的要求，這就需要考慮各項設計原則的優先級問題。遺憾的是由于電路板的板層設計和實際電路的特點密切相關，不同電路的抗干擾性能和設計側重點各有所不同，所以事實上這些原則并沒有確定的優先級可供參考。但可以確定的是，設計原則 2（內部電源層和地層之間應該緊密耦合）在設計時需要首先得到滿足，另外如果電路中需要傳輸高速信號，那么設計原則 3（電路中的高速信號傳輸層應該是信號中間層，并且夾在兩個內電層之間）就必須得到滿足。

10層板

PCB典型10層板設計

一般通用的布線順序是TOP--GND---信號層---電源層---GND---信號層---電源層---信號層---GND---BOTTOM

本身這個布線順序并不一定是固定的，但是有一些標準和原則來約束：如top層和bottom的相鄰層用GND，確保單板的EMC特性；如每個信號層優選使用GND層做參考平面；整個單板都用到的電源優先鋪整塊銅皮；易受干擾的、高速的、沿跳變的優選走內層等等。

下表給出了多層板層疊結構的參考方案，供參考。

PCB設計之疊層結構改善案例（From金百澤科技）

問題點

產品有8組網口與光口，測試時發現第八組光口與芯片間的信號調試不通，導致光口8調試不通，無法工作，其他7組光口通信正常。

1、問題點確認

根據客戶端提供的信息，確認為L6層光口8與芯片8之間的兩條差分阻抗線調試不通；

2、客戶提供的疊構與設計要求

改善措施

影響阻抗信號因素分析：

線路圖分析：客戶L56層阻抗設計較為特殊，L6層阻抗參考L5/L7層，L5層阻抗參考L4/L6層，其中L5/L6層互為參考層，中間未做地層屏蔽，光口8與芯片8之間線路較長，L6層與L5層間存在較長的平行信號線（約30%長度）容易造成相互干擾，從而影響了阻抗的精準度，阻抗線的設計屏蔽層不完整，也造成阻抗的不連續性，其他7組部分也有相似問題，但相對較輕微。

L56層存在特殊設計（均為信號層，存在差分阻抗平行設計、相鄰阻抗層間未設計參考地層），客戶端未充分考慮相鄰層走線存在的干擾，導致調試不通問題。

與客戶溝通對疊層進行優化，將L45、L56、L67層結構進行了調整，介質層厚度分別由20.87mil、6mil、13mil 調整為5.12mil、22.44mil、5.12mil，將而L4、L7間的參考地層間的距離拉近，L56層互為參考且屏蔽不足的線路層距離拉遠，減少干擾。

優化后的疊層結構：

優化后的阻抗匹配：

改善效果

通過調整疊層結構，拉大L56層相鄰信號層之間的距離，串擾造成的系統故障問題得到解決。
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