第10章 多层电路板设计

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1、 第第1010章章 多层电路板设计多层电路板设计目目 录录10.1 10.1 多层电路板设计基础知识多层电路板设计基础知识 10.2 10.2 浏览内电层浏览内电层 10.3 10.3 设置内电层设计规则设置内电层设计规则 10.4 10.4 添加内电层添加内电层 10.5 10.5 分割内电层分割内电层10.6 10.6 巩固练习巩固练习 小结小结 当电路板的布线比较复杂或者是对电磁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干扰要求较高时，就应当考虑采用多层板来设计电路板。设计电路板。 本章将简要介绍多层电路板的设计。本章将简要介绍多层电路板的设计。 10.1

2、10.1 多层电路板设计基础知识多层电路板设计基础知识 多层板：指的是多层板：指的是4 4层或层或4 4层以上的电路板，层以上的电路板，它是在双面板基础上，增加了内部电源层、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内部接地层以及若干中间信号层构成的电路板。路板。 电路板的工作层面越多，则可布线的区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，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。多层板的制作工艺复杂，制作费用也较高。 1 1概念辨析概念辨析 内电层：内部电源层简称内电层，属于内电层：内部电源层简称

3、内电层，属于多层板内部的工作层面，是特殊的实心覆多层板内部的工作层面，是特殊的实心覆铜层。铜层。 设计者定义的每一个内电层可以为电源设计者定义的每一个内电层可以为电源网络，也可以为地线网络。网络，也可以为地线网络。 一个内电层上可以安排一个电源网络，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。网络共享同一个电源层。 在在ProtelProtel 99SE 99SE中，系统总共提供了中，系统总共提供了1616个内电层。个内电层。 反转显示：指的是在内电层上有导线的反转显示：指的是在内电层上有导线的区域，在实际生产

4、出来的电路板中是刻蚀掉区域，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，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。结果正好相反，因此叫做反转显示。 2 2多层电路板的特点多层电路板的特点 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，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。电源和地线网络主要在电源层上

5、布线。 但是，电路板布线主要还是以顶层和底但是，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。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，电磁兼的布线，使电路板的布线更合理，电磁兼容性更好。容性更好。 3 3内电层连接方式内电层连接方式 电源和接地网络与内电层连接的方式主电源和接地网络与内电层连接的方式主要有以下两种。要有以下两种。 【Relief ConnectRelief Connect】：辐射连接。：辐射连接。 电源或接地网络与

6、具有相同网络名称的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，连内电层连接时，采用辐射的方式连接，连接导线的数目有接导线的数目有“2 2”和和“4 4”两种，如图两种，如图10-110-1所示。所示。 【Direct ConnectDirect Connect】：直接连接。：直接连接。 电源或接地网络与具有相同网络名称的电源或接地网络与具有相同网络名称的内电层直接连接。内电层直接连接。 4 4多层电路板设计流程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，相同，其关键是需要添加和分割内电层，因

7、此多层电路板设计的基本步骤除了遵循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，还需要对内电层进双面板设计的步骤外，还需要对内电层进行操作。行操作。 图图10-210-2所示为内电层的设计流程。所示为内电层的设计流程。 图图10-110-1 两种辐射连接的方式两种辐射连接的方式 图图10-2 10-2 内电层设计流程内电层设计流程 10.2 10.2 浏览内电层浏览内电层 与内电层具有相同网络标号的焊盘或过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？孔究竟是怎样与内电层相连的呢？ 本节将以系统安装目录本节将以系统安装目录“Design Design Explore

8、r 99 SEExamples LCD Explorer 99 SEExamples LCD Controller.DdbController.Ddb”中的中的“LCD LCD Controller.pcbController.pcb”电路板为例介绍浏览内电路板为例介绍浏览内电层的方法。电层的方法。 打开后的电路板如图打开后的电路板如图10-310-3所示。所示。图图10-3 10-3 示例电路板设计的局部示例电路板设计的局部 图图10-4 10-4 浏览内电层浏览内电层图图10-5 10-5 焊盘与内电层的焊盘与内电层的4 4种连接方式种连接方式 （a a）四条导线的辐射连接方式）四条导线的

9、辐射连接方式 （b b）没有连接）没有连接 （c c）两条导线的辐射连接方式）两条导线的辐射连接方式 （d d）直接连接的方式）直接连接的方式 导线导线绝缘槽绝缘槽焊盘焊盘 10.3 10.3 设置内电层设计规则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距限制设计规则和内电层连接方式设计规则。则。 执行菜单命令执行菜单命令【DesignDesign】/ /【RulesRules】，打开电路板设计规则设置对话框，然后打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。开选项卡即可对内电层设计

10、规则进行设置。 内电层设计规则的设置方法与电路板布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介绍一下设计规则功能和各选项的意义。的意义。 1 1【Power Plane Power Plane ClearanceClearance】内电层安全间距限制设计内电层安全间距限制设计规则规则 2 2【Power Plane Connect Power Plane Connect StyleStyle】内电层连接方式设计规则内电层连接方式设计规则 图图10-6 10-6 内电层安全间距限制设计内电层安全间距限制设

11、计 规则设置对话框规则设置对话框 图图10-7 10-7 内电层连接方式设计规则内电层连接方式设计规则 设置对话框设置对话框 图图10-8 10-8 两种辐射方式连接两种辐射方式连接 （a a）2 2条导线条导线 （b b）4 4条导线条导线 10.4 10.4 添加内电层添加内电层 通过常规方法创建的通过常规方法创建的PCBPCB文件通常不具文件通常不具有内电层，设计者可以通过手动的方法为有内电层，设计者可以通过手动的方法为电路板添加内电层。电路板添加内电层。 下面介绍添加内电层的操作。下面介绍添加内电层的操作。图图10-9 10-9 图层堆栈管理器对话框图层堆栈管理器对话框 图图10-10

12、 10-10 添加内电层后的图层堆栈管理器添加内电层后的图层堆栈管理器 图图10-11 10-11 编辑内电层属性对话框编辑内电层属性对话框 10.5 10.5 分割内电层分割内电层 如果电路板设计比较复杂，需要多个网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。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布局，尽量将具有同一个电源网络的焊

13、盘和过孔放置到一个相对集中的区域，使内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。电层被分割的数目尽量少，而面积尽量大。 本节仍然以本节仍然以“LCD LCD Controller.pcbController.pcb”电电路板为例介绍分割内电层的方法。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为了方便介绍，仅为电路板上的网络NetJ5_1NetJ5_1分割出一片区域，并将该网络连接分割出一片区域，并将该网络连接放到分割出来的内电层上。放到分割出来的内电层上。 示例电路局部如图示例电路局部如图10-1210-12所示。所示。 图图10-12 1

14、0-12 分割内电层示例文件分割内电层示例文件 图图10-13 10-13 拆除拆除NetJ5_1NetJ5_1网络布线的结果网络布线的结果 NetJ5_1NetJ5_1图图10-14 10-14 显示内电层的结果显示内电层的结果 图图10-15 10-15 分割内电层参数分割内电层参数 设置对话框设置对话框 图图10-16 10-16 分割内电层分割内电层 的结果的结果 10.6 10.6 巩巩 固固 练练 习习 本节将以前面设计完成的本节将以前面设计完成的“指示灯显示指示灯显示电路电路.PCB.PCB”为例，巩固多层电路板的设计。为例，巩固多层电路板的设计。 设计完成的设计完成的PCBPC

15、B电路板如图电路板如图10-1710-17所示。所示。图图10-17 10-17 多层电路板设计实例多层电路板设计实例 图图10-18 10-18 拆除电源网络拆除电源网络“VCCVCC”和地线网络和地线网络“GNDGND”的结果的结果 图图10-19 10-19 添加内电层的结果添加内电层的结果 图图10-20 10-20 设计好的多层电路板设计好的多层电路板 小小 结结 本章主要介绍多层电路板的设计。本章主要介绍多层电路板的设计。 （1 1）多层电路板设计基础知识：介绍了）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、多层多层电路板设计中几个常用的概念、多层电路板的特点、内

16、电层连接方式及多层电电路板的特点、内电层连接方式及多层电路板设计流程。路板设计流程。 （2 2）浏览内电层：介绍了浏览内电层的）浏览内电层：介绍了浏览内电层的方法。方法。 （3 3）设置内电层设计规则：内电层设计）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。则和内电层连接方式设计规则。 （4 4）添加内电层：内电层是通过图层堆）添加内电层：内电层是通过图层堆栈管理器添加的。栈管理器添加的。 （5 5）分割内电层：在分割内电层之前，）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，而面积尽量内电层被分割的数目尽量少，而面积尽量大。大。