PCB层叠结构设计往往是原理图转到PCB设计大家考虑的第一步，也是PCB设计中至关重要的一步，板子层叠结构的好坏甚至直接关系到产品成本、产品EMC的好坏。下面就就简单的从PCB层数预估和可生产性两个方面介绍PCB层叠结构的设计。
1. PCB层叠结构预估
PCB层数设计主要可以从以下几个方面考虑（1）：管脚最密器件（如BGA等）需要几层信号层扇出所有信号；（2）：器件密度；（3）：成本；（4）：PCB走线阻抗控制和电源平面完整性要求；（5）：EMC方面的考虑；
（1）：管脚最密器件
一般PCB层数估计时，最先考虑管脚最密的元器件（但是在一些高速PCB设计时，有时候要考虑高速器件走线的要求，一般都需要走内层，所以有时候PCB的层数会由有特殊走线要求的器件决定），如BGA封装器件，一般需要把所有的管脚进行扇出，这时需要估算管脚扇出需要的信号层数目N；如果PCB器件密度不是很大，可供走线面积良好，对扇出信号电学特性没有特殊要求，基本可以确定PCB信号层数为N。具体如何扇出可以看芯片相关的Layout建议。
（2）：器件密度
设计PCB时，有时候会遇到因为机械结构或者其他特殊要求，PCB板面积较小，器件密度很高的情况。这种情况下，Top Layer和Bottom Layer中可供走线的面积较小，一般情况下需要评估管脚密度进行布线。同时对于高密度板，原理图设计和PCB器件布局对减少PCB层数、降低PCB布线难度有很重要的作用，尤其对GPIO较多的器件，在原理图上选择合适的PIN脚与外围器件相连，在PCB布局布线中会有意想不到的效果。高密度板层数一般较难估计，一般去估算PIN的密度（Pin number/Area）来估算PCB叠层数目。
（3）：成本
PCB制造成本是很多商业产品考虑的最重要的因素之一，PCB设计到后来很多时候有性能和成本的平衡。一般产品为了赶进度可以性能优先进行设计，然后发出初样甚至第一版产品，然后从再优化PCB结构，甚至牺牲一些性能，去节约成本。
（4）：PCB走线阻抗控制和电源完整性要求
在对电源完整性要求不高的情况下，可以不使用完整的电源平面和地平面，较少PCB层数。但是在高速电路，尤其在高速并行大电流或者启动电流较大的设计中，需要考虑信号的回路电感(当多个信号端口同时翻转时，会产生一个瞬时电流，v=Ldi/dt会产生一个瞬时电压，如果回路电感较大，会产生一个较大的瞬态电压)。一般信号线以地平面作为参考平面，这就需要很好的关注地平面和走线位置的控制。而完整的电源平面和地平面势必增加PCB的层数。比如六层板有些设计成4个走线层（S-G-S-S-P-S），有些3个走线层(S-G-S-P-G-S)，四层走线层PCB提供了更多的走线面积，其中表层和第三层信号有良好的地平面作为参考，但是电源平面和地平面耦合很差。三个走线层减少了设计的走线面积，但是每个走线平面都有地平面作为参考，并且电源平面和地平面耦合较好。
（5）：设计中EMC的考虑
PCB层叠结构设计和走线层和产品的EMC直接相关，比如DCM芯片的输出高频时钟、一些高速并行信号线（DDR3地址线）、一些高速串行总线如果走在PCB板表层，势必影响产品的EMI特性。同时一些敏感信号如果布线走在产品表层，很可能会影响产品的EMS特性。所以PCB层数设计的时候还要考虑这些线。
总体来说，PCB走线面积一定（PCB板尺寸减去器件占用面积和过孔面积），Trace总数固定，每根Trace所能拥有的面积也相对固定，所以如何设计能让每根Trace的所占用的面积最小，对PCB层数设计作用较大。
2. 层叠结构设计可生产性的考虑
当信号层和平面层确定之后，如果设计的电路板有阻抗控制的要求，就需要调整板子每层走线厚度、宽度、线间距（差分信号）、介质层厚度和介质层介电系数。建议将需要控制的阻抗值、板子的层数和板子的层叠的结构发给制版厂商，让制版厂商帮助计算板子每层PP的厚度、走线厚度、宽度、线间距，选择介质层材料等以满足电学特性要求。
交给制板厂商进行以上设计主要有一下三个好处：(1). 可以更好的控制走线阻抗（软件如（PolarSI）可以计算板子走线的阻抗，但是使阻抗计算准确，各个参数设置也要精确，走线形状等参数和PCB加工工艺较大）。(2). PCB板层叠结构会有更好的可生产性。很多时候，我们设计PCB板时，由于对PCB板加工工艺的不了解，会根据电学特性的需求，随意调整走线宽度，介质层厚度等，这些设置可能会导致PCB板生可生产性不好，甚至不能生产。(3). 可以减少PCB加工成本。在PCB层叠结构设计时，可以要求制板厂商提供成本较低的方案，减少制造成本。
当我们对信号层和平面层没有特殊要求时，基本可以直接投送给基本厂商进行加工。
总结：
随着现在信号速率不断增加，内核电压降低，器件功率密度不断增大，在PCB设计时，有时候还必须考虑DC-IR对系统的影响；同时由于一些产品发热较为严重，在PCB板设计时热平衡也必须要考虑，防止PCB板因受热变形。PCB层叠结构设计是PCB设计的第一步，也是至关重要的一步，需要考虑的因素也很多。由于个人水平有限，只能大致说一些，一些不准确的地方，望大家多多指教。
来源：CSDN
作者：zjulixn
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