第10章多层电路板设计
多层PCB电路板设计方法
多层PCB电路板设计方法在现代电子产品制造中，多层PCB（Printed Circuit Board）电路板已经成为主流。
多层PCB电路板具有更高的密度、更好的阻抗控制、更好的电磁兼容性和更好的可靠性等优点。
在设计多层PCB电路板时，需要考虑以下几个方面：1.电路布局：在设计多层PCB电路板时，需要根据电路功能和布线的规则进行电路布局。
将相互关联的电路放置在相邻的层上，以减少信号传输的长度和干扰。
同时，需要确保电路板上的分布电容和电感尽量小，以避免互相干扰。
2.信号层设计：多层PCB电路板通常包含多个信号层，需要合理布局和连接。
在布局信号层时，可以根据信号的频率和重要性进行分层和导向。
高频信号和重要信号可以放置在内层，以减少干扰和保护其安全性。
3.高速信号处理：对于高速信号处理电路，需要特别关注信号完整性和干扰抑制。
通过使用差分对或屏蔽技术来减少信号串扰，使用合适的线宽和间距来控制阻抗匹配，并采取合适的终端阻抗来提高信号质量和可靠性。
4.数字/模拟分离：对于含有数字和模拟信号的电路板，应该尽量使其相互分离。
数字信号通常具有更高的噪声饱和度和较高的频率，可能会干扰模拟信号。
通过物理分离和使用模拟/数字混合层，可以有效减少干扰。
5.电源和地形规划：电源和地形规划对于多层PCB电路板的设计非常关键。
在设计中，应该将电源和地形分配到整个电路板上，以确保供电的稳定性和可靠性。
同时，还需要合理规划地形，将地形引导到共享地方或独立地方，以减少地形噪音和地形干扰。
6.热管理：多层PCB电路板中的热管理也是一个重要的设计考虑因素。
应该合理规划散热器，通过增加热散热层、合理布局散热源和采用合适的散热技术来提高散热效果，确保电路板的正常工作。
7.电磁兼容性（EMC）设计：多层PCB电路板中的电磁兼容性设计非常重要。
应该避免信号层的平行走线，合理规划信号引脚的位置和方向，减少信号的回返路径和串扰。
此外，还可以使用屏蔽技术和过滤器来抑制电磁辐射和受到的电磁干扰。
多层线路板设计基础知识
多层线路板设计基础知识广告EasyEDA，史上强大的电路设计工具华强PCB双层380元/平，四层600元/平，24小时免费加急！一．印制板设计前的必要工作1. 认真校核原理图：任何一块印制板的设计，都离不开原理图。
原理图的准确性，是印制板正确与否的前提依据。
所以，在印制板设计之前，必须对原理图的信号完整性进行认真、反复的校核，保证器件相互间的正确连接。
2. 器件选型：元器件的选型，对印制板的设计来说，是一个十分重要的环节。
同等功能、参数的器件，封装方式可能有不同。
封装不一样，印制板上器件的焊孔（盘）就不一样。
所以，在着手印制板设计之前，一定要确定各个元器件的封装形式。
多层板在器件选型方面，必须定位在表面安装元器件（SMD）的选择上，SMD以其小型化、高度集成化、高可靠性、安装自动化的优点而广泛应用于各类电子产品上。
同时，在器件选用上，不仅要注意器件的特性参数应符合电路的需求，也要注意器件的供应，避免器件停产问题；同时应意识到：目前很多国产器件，如片状电阻、电容、连接器、电位器等的质量已逐渐达到进口器件的水平，且有货源充足、交货期短、价格便宜等优势。
所以，在电路许可的条件下，应尽量考虑采用国产器件。
二．多层印制板设计的基本要求1．板外形、尺寸、层数的确定任何一块印制板，都存在着与其他结构件配合装配的问题，所以，印制板的外形与尺寸，必须以产品整机结构为依据。
但从生产工艺角度考虑，应尽量简单，一般为长宽比不太悬殊的长方形，以利于装配，提高生产效率，降低劳动成本。
层数方面，必须根据电路性能的要求、板尺寸及线路的密集程度而定。
对多层印制板来说，以四层板、六层板的应用最为广泛，以四层板为例，就是两个导线层（元件面和焊接面）、一个电源层和一个地层，如下图。
多层电路板多层板的各层应保持对称，而且最好是偶数铜层，即四、六、八层等。
因为不对称的层压，板面容易产生翘曲，特别是对表面贴装的多层板，更应该引起注意。
2．元器件的位置及摆放方向元器件的位置、摆放方向，首先应从电路原理方面考虑，迎合电路的走向。
上海建桥学院本科课程教学大纲
上海建桥学院本科课程教学大纲【EDA软件应用— PROTEL 99 SE】【EDA Software Applications －PROTEL 99 SE】一、基本信息课程序号：【1169】课程学分：【2】面向专业：【计算机科学】课程性质：【专业选修课】开课院系：信息系使用教材：主教材【《PROTEL99 SE 实用教程》张伟等编人民邮电出版社】参考教材【《PROTEL 99 SE电路设计实用教程》韩晓东主编中国铁道出版社二版】先修课程：【电子技术基础】二、课程简介随着电子技术的飞速发展，电子电路的应用越来越普遍，电路的各类应用使得电路设计越来越复杂。
借助于计算机技术，EDA（Electronic Design Automation）技术已经成为电路设计的一个重要的开发工具。
学习的重点在于熟悉当今流行的PROTEL 99SE软件的开发环境，掌握电路原理图的设计、印刷电路板设计电路模拟和仿真等模块的使用，最终能够设计使用电路图与印刷电路板图。
三、选课建议本课程为应用技术类课程，在掌握电路基础、模拟电路、数字电路等课程的基础上，应用EDA技术，学会使用PROTEL 99SE软件设计电原理图和印刷板图，通过实战训练，学会软件使用技巧，尽快成为电子线路设计高手。
四、课程基本要求要求学生熟悉EDA软件PROTEL99SE，掌握电子电路原理图与PCB印刷板图的设计方法，学会使用PROTEL软件环境及其设置，掌握电路元件库以及PCB板的元件库的创建，学会使用PROTEL软件设计实用电路的电原理图和PCB版图，掌握单层电路板以及双层电路板的设计技巧。
五．课程内容1．了解PROTEL 99 SE 软件环境以及安装、加载、设计参数的设置。
2．熟悉电原理图的一般设计步骤，掌握设计工具栏的设置，掌握绘制一般电路原理图的过程。
3．了解层次原理图的设计方法，学会设计复杂电原理图。
4．熟识原理图网络表的生成以及报表的打印，学会电原理图的打印。
第10章PADS Layout的元器件的布局
第10章PADS Layout的元器件的布局第10章 PADS Layout的元器件的布局PADS Layout是复杂的、高速印制电路板的设计环境。
它是一个强有力的基于形状化(shape-based)、规则驱动(rules-driven)的布局设计方案。
PADS Layout的布局可以通过自动和手工两种方式来进行。
本章将从布局规则开始，对如何利用PADS2021软件实现元件布局进行详细的介绍，使读者对手动布局和自动布局有一个比较全面的了解。
10.1 布局规则介绍在PCB设计中，PCB布局是指对电子元器件在印刷电路上如何规划及放置的过程，它包括规划和放置两个阶段。
合理的布局是PCB设计成功的第一步，布局结果的好坏将直接影响到布线的效果和可制造性。
不恰当的布局可能导致整个设计的失败或生产效率降低。
在PCB设计中，关于如何合理布局应当考虑PCB的可制性、合理布线的要求、某种电子产品独有的特性等。
10.1.1 PCB的可制造性与布局设计PCB的可制造性是说设计出的PCB要符合电子产品的生产条件。
如果是试验产品或者生产量不大需要手工生产，可以较少考虑；如果需要大批量生产，需要上生产线生产的产品，则PCB布局就要做周密的规划。
需要考虑贴片机、插件机的工艺要求及生产中不同的焊接方式对布局的要求，严格遵照生产工艺的要求，这是设计批量生产的PCB应当首先考虑的。
当采用波峰焊时，应尽量保证元器件的两端焊点同时接触焊料波峰。
当尺寸相差较大的片状元器件相邻排列，且间距很小时，较小的元器件在波峰焊时应排列在前面，先进入焊料池。
还应避免尺寸较大的元器件遮蔽其后尺寸较小的元器件，造成漏焊。
板上不向组件相邻焊盘图形之间的最小间距应在1mm以上。
元器件在PCB板上的排向，原则上是随元器件类型的改变而变化，即同类元器件尽可能按相同的方向排列，以便元器件的贴装、焊接和检测。
布局时，DIP封装的汇摆放的方向必须与过锡炉的方向垂直，不可平行，如图10-1所示。
多层板PCB设计教程完整版
多层线路板设计-适合于初学者多层PCB层叠结构在设计多层PCB电路板之前，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。
确定层数之后，再确定内电层的放置位置以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板EMC性能的一个重要因素，也是抑制电磁干扰的一个重要手段。
本节将介绍多层PCB板层叠结构的相关内容。
11.1.1 层数的选择和叠加原则确定多层PCB板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。
对于生产厂家来说，层叠结构对称与否是PCB板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。
对于有经验的设计人员来说，在完成元器件的预布局后，会对PCB的布线瓶颈处进行重点分析。
结合其他EDA工具分析电路板的布线密度；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数目。
这样，整个电路板的板层数目就基本确定了。
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。
在这一步骤中，需要考虑的因素主要有以下两点。
（1）特殊信号层的分布。
（2）电源层和地层的分布。
如果电路板的层数越多，特殊信号层、地层和电源层的排列组合的种类也就越多，如何来确定哪种组合方式最优也越困难，但总的原则有以下几条。
（1）信号层应该与一个内电层相邻（内部电源/地层），利用内电层的大铜膜来为信号层提供屏蔽。
（2）内部电源层和地层之间应该紧密耦合，也就是说，内部电源层和地层之间的介质厚度应该取较小的值，以提高电源层和地层之间的电容，增大谐振频率。
内部电源层和地层之间的介质厚度可以在Protel的Layer Stack Manager（层堆栈管理器）中进行设置。
多层板PCB设计教程完整版
多层板PCB设计教程完整版多层板PCB（Printed Circuit Board）是一种具有多个电子层的电路板，可以在其中布置更多的线路和元件。
相对于单层板和双层板，多层板可以提供更高的布线密度和更好的电磁兼容性。
在本教程中，我们将介绍多层板PCB设计的完整流程。
第一步：定义电路板的要求在开始设计多层板PCB之前，首先需要明确电路板的要求。
这包括电路板的尺寸、层数、层间间距、最小线宽/间距等。
此外，还需要确定电路板的应用、性能要求和可靠性要求。
第二步：绘制电路原理图在绘制多层板PCB之前，首先要绘制电路原理图。
电路原理图将显示电路中的所有元件和它们之间的连接方式。
可以使用专业的电路设计软件如Altium Designer或Eagle来完成这一步骤。
第三步：布局设计布局设计是指在电路板上将元件放置在适当的位置，以满足电路板的要求和性能。
在布局设计时，应确保元件之间的连接尽可能短，避免干扰和信号损失。
此外，还需考虑散热、信号完整性和EMI（电磁干扰）等因素。
第四步：进行层规划第五步：进行布线设计布线设计是将电路中的信号线连接到正确的元件之间的步骤。
在多层板PCB中，布线设计可以在不同的层之间进行。
需要注意的是，在进行布线设计时应尽量避免交叉和交错布线。
第六步：添加标识和填充铜层在布线设计完成后，可以添加文本标识和填充铜层。
文本标识可以包括元件名称、参考设计ator和引脚编号等信息。
填充铜层可用于实现地层，以提供地平面和屏蔽。
第七步：进行设计规则检查在完成PCB设计之前，还应进行设计规则检查（DRC）。
通过DRC，可以确保PCB设计符合预定义的制造规格、线宽/间距要求和间距等。
这有助于提高PCB的可靠性和可制造性。
第八步：输出Gerber文件在完成PCB设计后，最后一步是输出Gerber文件。
Gerber是一种标准的PCB制造文件格式，它描述了电路板的每个层的布局、线路和焊盘信息。
通常，可以使用PCB设计软件生成Gerber文件，然后将其提交给PCB制造商进行生产。
Altium Designer 14原理图与PCB设计第10章 综合实例
第10章 综合实例 图10-4 Messages(消息)对话框
第10章 综合实例
10.1.3 绘制印刷电路板图 1. 准备工作 绘制印刷电路板图之前，需要做一些准备工作，保证绘
制工作顺利进行，减少返工的概率。 (1) 需要核查所选的元件封装是否符合项目的要求或者
工程应用要求。在原理图编辑环境下，执行菜单命令Tools >> Footprint Manager，系统将弹出Footprint Manager(封装管 理)对话框，如图10-5所示。
第10章 综合实例 图10-5 Footprint Manager(封装管理)对话框
第10章 综合实例
在该对话框中查看每个元件的封装信息，如封装名，对 应的封装库，二维图形等。如果封装不符合要求，可以进行 修改或新增。点击Edit按钮，系统将弹出如图10-6所示的 PCB Model对话框。在PCB Model对话框去选择一个合适的 封装，也可以点击Add按钮，弹出PCB Model对话框，选择 一个封装作为元件封装的一种选择。
VR5 AXIAL-0.4 AXIAL-0.4 AXIAL-0.4
DIP-8 DIP-20
R38
第10章 综合实例
10.1.2 绘制原理图 1. 创建工程 执行菜单命令File >> New >> Project， 在New Project 对
话框中选择Project Type为PCB Project，Project Templates为 <Default>，将该工程命名为频率计.PrjPcb。
第10章 综合实例 图10-1 频率计电路原理图
Lib Ref Cap Cap2
D Zener DPY_8_4 Header 3
第10章 电源的印制板设计
多层板（Multi多层板（Multi-Layer Boards） Boards）
我们刚刚提到的导孔（via），如果应用在双面 板上，那么一定都是打穿整个板子。不过在多层板当 中，如果您只想连接其中一些线路，那么导孔可能会 浪费一些其它层的线路空间。埋孔（Buried vias）和 盲孔（Blind vias）技术可以避免这个问题，因为它 们只穿透其中几层。盲孔是将几层内部PCB与表面 PCB连接，不须穿透整个板子。埋孔则只连接内部的 PCB，所以光是从表面是看不出来的。 在多层板PCB中，整层都直接连接上地线与电源。 所以我们将各层分类为信号层（Signal），电源层 （Power）或是地线层（Ground）。如果PCB上的零 件需要不同的电源供应，通常这类PCB会有两层以上 的电源与电线层。
PCB板的分类 PCB板的分类
PCB板有桡性绝缘板和刚性绝缘板两种 （详见课本244页）。 一般的PCB元器件安装有3种方式： 1、插入是安装（一般是dip）； 2、表面安装（smd）； 3、芯片直接安装。
Pcb板面说明 Pcb板面说明
为了将零件固定在PCB上面，我们 将它们的接脚直接焊在布线上。在最基 本的PCB（单面板）上，零件都集中在 其中一面，导线则都集中在另一面。这 么一来我们就需要在板子上打洞，这样 接脚才能穿过板子到另一面，所以零件 的接脚是焊在另一面上的。因为如此， PCB的正反面分别被称为零件面 （Component Side）与焊接面 （Solder Side）。Leabharlann 电磁兼容问题1 电磁兼容问题1
没有照EMC（电磁兼容）规格设计的电子设备， 很可能会散发出电磁能量，并且干扰附近的电器。EMC 对电磁干扰（EMI），电磁场（EMF）和射频干扰（RFI） 等都规定了最大的限制。这项规定可以确保该电器与附 近其它电器的正常运作。EMC对一项设备，散射或传导 到另一设备的能量有严格的限制，并且设计时要减少对 外来EMF、EMI、RFI等的磁化率。换言之，这项规定的 目的就是要防止电磁能量进入或由装置散发出。这其实 是一项很难解决的问题，一般大多会使用电源和地线层， 或是将PCB放进金属盒子当中以解决这些问题。电源和 地线层可以防止信号层受干扰，金属盒的效用也差不多。 对这些问题我们就不过于深入了。
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一个内电层上可以安排一个电源网络， 也可以利用分割电源层的方法使多个电源 网络共享同一个电源层。
在Protel 99SE中，系统总共提供了16 个内电层。
反转显示：指的是在内电层上有导线的 区域，在实际生产出来的电路板中是刻蚀掉 的，没有铜箔；而在电路板设计中没有导线 的区域，在实际的电路板上却是铜箔。这与 前面顶层信号层和底层信号层上放置导线的 结果正好相反，因此叫做反转显示。
打开后的电路板如图10-3所示。
图10-3 示例电路板设计的局部
图10-4 浏览内电层
导线 绝缘槽
焊盘
（a）四条导线的辐射连接方式
（b）没有连接
（c）两条导线的辐射连接方式
（d）直接连接的方式
图10-5 焊盘与内电层的4种连接方式
10.3 设置内电层设计规则
内电层设计规则主要包括内电层安全间 距限制设计规则和内电层连接方式设计规 则。
（4）添加内电层：内电层是通过图层堆 栈管理器添加的。
（5）分割内电层：在分割内电层之前， 应当对具有电源网络的焊盘和过孔进行重 新布局，尽量将具有同一个电源网络的焊 盘和过孔放置到一个相对集中的区域，使 内电层被分割的数目尽量少，而面积尽量 大。
4．多层电路板设计流程
多层板的设计与双面板的设计方法基本 相同，其关键是需要添加和分割内电层， 因此多层电路板设计的基本步骤除了遵循 双面板设计的步骤外，还需要对内电层进 行操作。
图10-2所示为内电层的设计流程。
图10-1 两种辐射连接的方式
设置内部电源层设计规则10章 多层电路板设计
目录
10.1 多层电路板设计基础知识 10.2 浏览内电层 10.3 设置内电层设计规则 10.4 添加内电层 10.5 分割内电层
10.6 巩固练习 小结
当电路板的布线比较复杂或者是对电磁 干扰要求较高时，就应当考虑采用多层板来 设计电路板。
本章将简要介绍多层电路板的设计。
图10-14 显示内电层的结果 图10-15 分割内电层参数 图10-16 分割内电层 的结果
设置对话框
10.6 巩 固 练 习
本节将以前面设计完成的“指示灯显示 电路.PCB”为例，巩固多层电路板的设计。
设计完成的PCB电路板如图10-17所示。
图10-17 多层电路板设计实例
图10-18 拆除电源网络“VCC”和地线网络“GND”的结果
本节仍然以“LCD Controller.pcb”电 路板为例介绍分割内电层的方法。
为了方便介绍，仅为电路板上的网络 NetJ5_1分割出一片区域，并将该网络连接 放到分割出来的内电层上。
示例电路局部如图10-12所示。
NetJ5_1 图10-12 分割内电层示例文件 图10-13 拆除NetJ5_1网络布线的结果
图10-19 添加内电层的结果
图10-20 设计好的多层电路板
小结
本章主要介绍多层电路板的设计。 （1）多层电路板设计基础知识：介绍了 多层电路板设计中几个常用的概念、多层 电路板的特点、内电层连接方式及多层电 路板设计流程。 （2）浏览内电层：介绍了浏览内电层的 方法。 （3）设置内电层设计规则：内电层设计 规则主要包括内电层安全间距限制设计规 则和内电层连接方式设计规则。
3．内电层连接方式
电源和接地网络与内电层连接的方式主 要有以下两种。
【Relief Connect】：辐射连接。 电源或接地网络与具有相同网络名称的 内电层连接时，采用辐射的方式连接，连 接导线的数目有“2”和“4”两种，如图 10-1所示。 【Direct Connect】：直接连接。 电源或接地网络与具有相同网络名称的 内电层直接连接。
2．【Power Plane Connect Style】内电 层连接方式设计规则
图10-6 内电层安全间距限制设计 规则设置对话框
图10-7 内电层连接方式设计规则 设置对话框
（a）2条导线
（b）4条导线
图10-8 两种辐射方式连接
10.4 添加内电层
通过常规方法创建的PCB文件通常不 具有内电层，设计者可以通过手动的方法 为电路板添加内电层。
2．多层电路板的特点
多层电路板与双面板最大的不同就是 增加了内部电源层（保持内电层）和接地 层，电源和地线网络主要在电源层上布线。
但是，电路板布线主要还是以顶层和 底层为主，以中间布线层为辅。
因此，多层板的设计与双面板的设计 方法基本相同，其关键在于如何优化内电 层的布线，使电路板的布线更合理，电磁 兼容性更好。
下面介绍添加内电层的操作。
图10-9 图层堆栈管理器对话框
图10-10 添加内电层后的图层堆栈管理器 图10-11 编辑内电层属性对话框
10.5 分割内电层
如果电路板设计比较复杂，需要多个 网络（一般为电源和接地网络）共享一个 内电层时，就需要对内电层进行分割。
为了尽量简化内电层的分割，设计者 必须对具有电源网络的焊盘和过孔进行重 新布局，尽量将具有同一个电源网络的焊 盘和过孔放置到一个相对集中的区域，使 内电层被分割的数目尽量少，而面积尽量 大。
10.1 多层电路板设计基础知识
1．概念辨析
多层板：指的是4层或4层以上的电路板， 它是在双面板基础上，增加了内部电源层、 内部接地层以及若干中间信号层构成的电 路板。
电路板的工作层面越多，则可布线的区 域就越多，使得布线变得更加容易。但是， 多层板的制作工艺复杂，制作费用也较高。
内电层：内部电源层简称内电层，属 于多层板内部的工作层面，是特殊的实心 覆铜层。
定义内部电源层的网络
图10-2 内电层设计流程
10.2 浏览内电层
与内电层具有相同网络标号的焊盘或过 孔究竟是怎样与内电层相连的呢？
本节将以系统安装目录“…\Design Explorer 99 SE\Examples\ LCD Controller.Ddb”中的“LCD Controller.pcb”电路板为例介绍浏览内 电层的方法。
执行菜单命令【Design】/【Rules…】， 打开电路板设计规则设置对话框，然后打 开选项卡即可对内电层设计规则进行设置。
内电层设计规则的设置方法与电路板布 线设计规则的设置基本相同，本节只简单 介绍一下设计规则功能和各选项的意义。
1．【Power Plane Clearance】内电层 安全间距限制设计规则