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相容（EMC）的要
求來確定所採用的電路板結構，也就是決定採用4層，6層，還是更多層數的電路板。確定層數之後，再
確定內電層的置放位置以及如何在這些層上分布不同的訊號。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效能的一個重要因素，也是抑制電磁幹擾的一個重要手段。本節將介紹多
層PCB板層疊結構的相關內容。
11.1.1 層數的選擇和疊加原則
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，層數越多越利於布線，但是制板成
本和難度也會隨之增加。對於生產廠家來說，層疊結構對稱與否是PCB板製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。
對於有經驗的設計人員來說，在完成元器件的預布局後，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訊號線如差分線、敏感訊號線等的數量和
種類來確定訊號層的層數；然後根據電源的種類、隔離和抗幹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。
確定了電路板的層數後，接下來的工作便是合理地排列各層電路的放置順序。在這一步驟中，需要考慮
的因素主要有以下兩點。
（1）特殊訊號層的分布。
（2）電源層和地層的分布。
如果電路板的層數越多，特殊訊號層、地層和電源層的排列組合的種類也就越多，如何來確定哪種組合
方式最優也越困難，但總的原則有以下幾條。
（1）訊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訊號層提供屏蔽。
（2）內部電源層和地層之間應該緊密耦合，也就是說，內部電源層和地層之間的介質厚度應該取較小
的值，以提高電源層和地層之間的電容，增大諧振頻率。內部電源層和地層之間的介質厚度可以
在Protel的Layer Stack Manager（層堆棧管理器）中進行設定。選擇【Design】/【Layer Stack
Manager…】命令，系統彈出層堆棧管理器對話方塊，用滑鼠雙擊Prepreg文本，彈出11-1所示對話 框，可在該對話方塊的Thickness選項中改變絕緣層的厚度。 如果電源和地線之間的電位差不大的話，可以採用較小的絕緣層厚度，例如5mil（0.127mm）。
（3）電路中的高速訊號傳輸層應該是訊號中介層，並且夾在兩個內電層之間。這樣兩個內電層的銅膜
可以為高速訊號傳輸提供電磁屏蔽，同時也能有效地將高速訊號的輻射限制在兩個內電層之間，不對外
造成幹擾。
（4）避免兩個訊號層直接相鄰。相鄰的訊號層之間容易引入串擾，從而導致電路功能失效。在兩訊號
層之間加入地平面可以有效地避免串擾。
（5）多個接地的內電層可以有效地降低接地阻抗。例如，A訊號層和B訊號層採用各自單獨的地平面，
可以有效地降低共模幹擾。
（6）兼顧層結構的對稱性。
11.1.2 常用的層疊結構
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。
對於常用的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耦合，不應該被採用。
那麼方案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。原因並非方案2不可被採用，而是一般的PCB板都只在頂層放置元器件，所以採用方案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訊號線較少。對於方案1而言，底層的訊號線較少，可以採用大面積的銅膜來
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。
如果採用11-1所示的層疊結構，那麼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。
在完成4層板的層疊結構分析後，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（In
）。
方案1採用了4層訊號層和2層內部電源/接地層，具有較多的訊號層，有利於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 訊號層Siganl_2（Inner_2）和Siganl_3（Inner_3）直接相鄰，訊號隔離性不好，容易發生串擾。
（2）Siganl_1（Top），Siganl_2（Inner_1），POWER（Inner_2），GND（Inner_3），Siganl_3（In
）。
方案2相對於方案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）訊號層直接相鄰，訊號隔離不
好，容易發生串擾的問題並沒有得到解決。
（3）Siganl_1（Top），GND（Inner_1），Siganl_2（Inner_2），POWER（Inner_3），GND（Inner_
）。
相對於方案1和方案2，方案3減少了一個訊號層，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 每個訊號層都與內電層直接相鄰，與其他訊號層均有有效隔離，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
訊號。兩個內電層可以有效地屏蔽外界對Siganl_2（Inner_2）層的幹擾和Siganl_2（Inner_2）對外界
的幹擾。
綜合各個方面，方案3顯然是最佳化的一種，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
並不能滿足所有的要求，這就需要考慮各項設計原則的優先順序問題。遺憾的是由於
電路板的板層設計和實際電路的特點密切相關，不同電路的抗幹擾效能和設計側重點各有所不同，所以
事實上這些原則並沒有確定的優先順序可供參考。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訊號，那麼設計原則3（電
路中的高速訊號傳輸層應該是訊號中介層，並且夾在兩個內電層之間）就必須得到滿足。表11-1給出了
多層板層疊結構的參考方案，供讀者參考。 11.2.1 元器件布局的一般原則
設計人員在電路板版面配置階段中需要遵循的一般原則如下。
（1）元器件最好單面放置。如果需要雙面放置元器件，在底層（Bottom Layer）放置插針式元器件，
就有可能造成電路板不易安放，也不利於焊接，所以在底層（Bottom Layer）最好只放置貼片元器件，
類似常見的電腦顯卡PCB板上的元器件布置方法。單面放置時只需在電路板的一個面上做絲印層，便
於降低成本。
（2）合理安排介面元器件的位置和方向。一般來說，作為電路板和外界（電源、訊號線）串連的串連
器元器件，通常布置在電路板的邊緣，如串口和並口。如果放置在電路板的中央，顯然不利於接線，也
有可能因為其他元器件的阻礙而無法串連。另外在放置介面時要注意介面的方向，使得連接線可以順利
地引出，遠離電路板。介面放置完畢後，應當利用介面元器件的String（字串）清晰地標明介面的種
類；對於電源類介面，應當標明電壓等級，防止因接線錯誤導致電路板燒毀。
（3）高壓元器件和低壓元器件之間最好要有較寬的電氣隔離帶。也就是說不要將電壓等級相差很大的
元器件擺放在一起，這樣既有利於電氣絕緣，對訊號的隔離和抗幹擾也有很大好處。
（4）電氣串連關係密切的元器件最好放置在一起。這就是模組化的布局思想。
（5）對於易產生雜訊的元器件，例如時鐘發生器和晶振等高頻器件，在放置的時候應當盡量把它們放
置在靠近CPU的時鐘輸入端。大電流電路和開關電路也容易產生雜訊，在布局的時候這些元器件或模組
也應該遠離邏輯控制電路和儲存電路等高速訊號電路，如果可能的話，盡量採用控制板結合功率板的方
式，利用介面來串連，以提高電路板整體的抗幹擾能力和工作可靠性。
（6）在電源和晶片周圍盡量放置去耦電容和濾波電容。去耦電容和濾波電容的布置是改善電路板電源
品質，提高抗幹擾能力的一項重要措施。在實際應用中，印製電路板的走線、引腳連線和接線都有可能
帶來較大的寄生電感，導致電源波形和訊號波形中出現高頻紋波和毛刺，而在電源和地之間放置一
個0.1 F的去耦電容可以有效地濾除這些高頻紋波和毛刺。如果電路板上使用的是貼片電容，應該將貼
片電容緊靠元器件的電源引腳。對於電源轉換晶片，或者電源輸入端，最好是布置一個10 F或者更大
的電容，以進一步改善電源品質。
（7）元器件的編號應該緊靠元器件的邊框布置，大小統一，方向整齊，不與元器件、過孔和焊盤重
疊。元器件或接外掛程式的第1引腳表示方向；正負極的標誌應該在PCB上明顯標出，不允許被覆蓋；電源變
換元器件（如DC/DC變換器，線性變換電源和開關電源）旁應該有足夠的散熱空間和安裝空間，外圍留
有足夠的焊接空間等。 11.2.2 元器件布線的一般原則
設計人員在電路板布線過程中需要遵循的一般原則如下。
（1）元器件印製走線的間距的設定原則。不同網路之間的間距約束是由電氣絕緣、製作工藝和元件大
小等因素決定的。例如一個晶片元件的引腳間距是8mil，則該晶片的【Clearance Constraint】就不能設
置為10mil，設計人員需要給該晶片單獨設定一個6mil的設計規則。同時，間距的設定還要考慮到生產廠
家的生產能力。
另外，影響元器件的一個重要因素是電氣絕緣，如果兩個元器件或網路的電位差較大，就需要考慮電氣
絕緣問題。一般環境中的間隙安全電壓為200V/mm，也就是5.08V/mil。所以當同一塊電路板上既有高
壓電路又有低壓電路時，就需要特別注意足夠的安全間距。
（2）線路拐角走線形式的選擇。為了讓電路板便於製造和美觀，在設計時需要設定線路的拐角模式，
可以選擇45°、90°和圓弧。一般不採用尖銳的拐角，最好採用圓弧過渡或45°過渡，避免採用90°或者更
加尖銳的拐角過渡。
導線和焊盤之間的串連處也要盡量圓滑，避免出現小的尖腳，可以採用補淚滴的方法來解決。當焊盤之
間的中心距離小於一個焊盤的外徑D時，導線的寬度可以和焊盤的直徑相同；如果焊盤之間的中心距大
於D，則導線的寬度就不宜大於焊盤的直徑。
導線通過兩個焊盤之間而不與其連通的時候，應該與它們保持最大且相等的間距，同樣導線和導線之間
的間距也應該均勻相等並保持最大。
（3）印製走線寬度的確定方法。走線寬度是由導線流過的電流等級和抗幹擾等因素決定的，流過電流
越大，則走線應該越寬。一般電源線就應該比訊號線寬。為了保證地電位的穩定（受地電流大小變化影
響小），地線也應該較寬。實驗證明：當印製導線的銅膜厚度
為0.05mm時，印製導線的載流量可以按照20A/mm2進行計算，即0.05mm厚，1mm寬的導線可以流
過1A的電流。所以對於一般的訊號線來說10～30mil的寬度就可以滿足要求了；高電壓，大電流的訊號
線線寬大於等於40mil，線間間距大於30mil。為了保證導線的抗剝離強度和工作可靠性，在板面積和密
度允許的範圍內，應該採用儘可能寬的導線來降低線路阻抗，提高抗幹擾效能。
對於電源線和地線的寬度，為了保證波形的穩定，在電路板布線空間允許的情況下，盡量加粗，一般情
況下至少需要50mil。
（4）印製導線的抗幹擾和電磁屏蔽。導線上的幹擾主要有導線之間引入的幹擾、電源線引入的幹擾和
訊號線之間的串擾等，合理安排和布置走線及接地方式可以有效減少幹擾源，使設計出的電路板具備更
好的電磁相容性能。
對於高頻或者其他一些重要的訊號線，例如時鐘訊號線，一方面其走線要盡量寬，另一方面可以採取包
地的形式使其與周圍的訊號線隔離起來（就是用一條封閉的地線將訊號線“包裹”起來，相當於加一層接
地屏蔽層）。
對於類比地和數字地要分開布線，不能混用。如果需要最後將類比地和數字地統一為一個電位，則通常
應該採用一點接地的方式，也就是只選取一點將類比地和數字地串連起來，防止構成地線環路，造成地 電位位移。
完成布線後，應在頂層和底層沒有鋪設導線的地方敷以大面積的接地銅膜，也稱為敷銅，用以有效減小
地線阻抗，從而削弱地線中的高頻訊號，同時大面積的接地可以對電磁幹擾起抑製作用。
電路板中的一個過孔會帶來大約10pF的寄生電容，對於高速電路來說尤其有害；同時，過多的過孔也會
降低電路板的機械強度。所以在布線時，應儘可能減少過孔的數量。另外，在使用穿透式的過孔（通
孔）時，通常使用焊盤來代替。這是因為在電路板製作時，有可能因為加工的原因導致某些穿透式的過
孔（通孔）沒有被打穿，而焊盤在加工時肯定能夠被打穿，這也相當於給製作帶來了方便。
以上就是PCB板布局和布線的一般原則，但在實際操作中，元器件的布局和布線仍然是一項很靈活的工
作，元器件的布局方式和連線方式並不唯一，布局布線的結果很大程度上還是取決於設計人員的經驗和
思路。可以說，沒有一個標準可以評判布局和布線方案的對與錯，只能比較相對的優和劣。所以以上布
局和布線原則僅作為設計參考，實踐才是評判優劣的唯一標準。
11.2.3 多層PCB板布局和布線的特殊要求
相對於簡單的單層板和雙層板，多層PCB板的布局和布線有其獨特的要求。
對於多層PCB板的布局，歸納起來就是要合理安排使用不同電源和地類型元器件的布局。其目的一是為
了給後面的內電層的分割帶來便利，同時也可以有效地提高元器件之間的抗幹擾能力。
所謂合理安排使用不同電源和地類型元器件的布局，就是將使用相同電源等級和相同類型地的元器件盡
量放在一起。例如當電路原理圖上有+3.3V、+5V、−5V、+15V、−15V等多個電壓等級時，設計人員
應該將使用同一電壓等級的元器件集中放置在電路板的某一個地區。當然這個布局原則並不是布局的唯
一標準，同時還需要兼顧其他的布局原則（雙層板布局的一般原則），這就需要設計人員根據實際需求
來綜合考慮各種因素，在滿足其他布局原則的基礎上，盡量將使用相同電源等級和相同類型地的元器件
放在一起。對於多層PCB板的布線，歸納起來就是一點：先走訊號線，後走電源線。這是因為多層板的
電源和地通常都通過串連內電層來實現。這樣做的好處是可以簡化訊號層的走線，並且通過內電層這種
大面積銅膜串連的方式來有效降低接地阻抗和電源等效內阻，提高電路的抗幹擾能力；同時，大面積銅
膜所允許通過的最大電流也加大了。
一般情況下，設計人員需要首先合理安排使用不同電源和地類型元器件的布局，同時兼顧其他布局原
則，然後按照前面章節所介紹的方法對元器件進行布線（只布訊號線），完成後分割內電層，確定內電
層各部分的網路標號，最後通過內電層和訊號層上的過孔和焊盤來進行串連。焊盤和過孔在通過內電層
時，與其具有相同網路標號的焊盤或過孔會通過一些未被腐蝕的銅膜串連到內電層，而不屬於該網路的
焊盤周圍的銅膜會被完全腐蝕掉，也就是說不會與該內電層導通。
11.3 中介層建立與設定
中介層，就是在PCB板頂層和底層之間的層，其結構參見圖11-1，讀者可以參考圖中的標註進行理解。
那中介層在製作過程中是如何?的呢？簡單地說多層板就是將多個單層板和雙層板壓制而成，中介層
就是原先單層板和雙層板的頂層或底層。在PCB板的製作過程中，首先需要在一塊基底材料（一般採用
合成樹脂材料）的兩面敷上銅膜，然後通過光繪等工藝將圖紙中的導線串連關係轉換到印製板的板材上
（對圖紙中的印製導線、焊盤和過孔覆膜加以保護，防止這些部分的銅膜在接下來的腐蝕工藝中被腐
蝕），再通過化學腐蝕的方式（以FeCl3或H2O2為主要成分的腐蝕液）將沒有覆膜保護部分的銅膜腐蝕 掉，最後完成鑽孔，印製絲印層等後期處理工作，這樣一塊PCB板就基本製作完成了。同理，多
層PCB板就是在多個板層完成後再採取壓制工藝將其壓製成一塊電路板，而且為了減少成本和過孔幹
擾，多層PCB板往往並不比雙層板和單層板厚多少，這就使得組成多層PCB板的板層相對於普通的雙層
板和單層板往往厚度更小，機械強度更低，導致對加工的要求更高。所以多層PCB板的製作費用相對於
普通的雙層板和單層板就要昂貴許多。
但由於中介層的存在，多層板的布線變得更加容易，這也是選用多層板的主要目的。然而在實際應用
中，多層PCB板對手工布線提出了更高的要求，使得設計人員需要更多地得到EDA軟體的協助；同時中
間層的存在使得電源和訊號可以在不同的板層中傳輸，訊號的隔離和抗幹擾效能會更好，而且大面積的
敷銅串連電源和地網路可以有效地降低線路阻抗，減小因為共同接地造成的地電位位移。因此，採用多
層板結構的PCB板通常比普通的雙層板和單層板有更好的抗幹擾效能。
11.3.1 中介層的建立
Protel系統中提供了專門的層設定和管理工具—Layer Stack Manager（層堆棧管理器）。這個工具可以
協助設計者添加、修改和刪除工作層，並對層的屬性進行定義和修改。選擇【Design】/【Layer Stack
Manager…】命令，彈出11-2所示的層堆棧管理器屬性設定對話方塊。 所示的是一個4層PCB板的層堆棧管理器介面。除了頂層（TopLayer）和底層（BottomLayer）外，
還有兩個內部電源層（Power）和接地層（GND），這些層的位置在圖中都有清晰的顯示。雙擊層的名
稱或者單擊Properties按鈕可以彈出層屬性設定對話方塊，11-3所示。 在該對話方塊中有3個選項可以設定。
（1）Name：用於指定該層的名稱。
（2）Copper thickness：指定該層的銅膜厚度，預設值為1.4mil。銅膜越厚則相同寬度的導線所能承受
的載流量越大。
（3）Net name：在下拉式清單中指定該層所串連的網路。本選項只能用於設定內電層，訊號層沒有該選
項。如果該內電層只有一個網路例如“+5V”，那麼可以在此處指定網路名稱；但是如果內電層需要被分
割為幾個不同的地區，那麼就不要在此處指定網路名稱。
在層間還有絕緣材質作為電路板的載體或者用於電氣隔離。其中Core和Prepreg都是絕緣材料，但
是Core是板材的雙面都有銅膜和連線存在，而Prepreg只是用於層間隔離的絕緣物質。兩者的屬性設定
對話方塊相同，雙擊Core或Prepreg，或者選擇絕緣材料後單擊Properties按鈕可以彈出絕緣層屬性設定對
話框。11-4所示。
絕緣層的厚度和層間耐壓、訊號耦合等因素有關，在前面的層數選擇和疊加原則中已經介紹過。如果沒
有特殊的要求，一般選擇預設值。
除了“Core”和“Prepreg”兩種絕緣層外，在電路板的頂層和底層通常也會有絕緣層。點擊圖11-2左上方
的Top Dielectric（頂層絕緣層）或Bottom Dielectric（底層絕緣層）前的選擇框選擇是否顯示絕緣層，
單擊旁邊的按鈕可以設定絕緣層的屬性。
在頂層和底層絕緣層設定的選項下面有一個層疊模式選擇下拉式清單，可以選擇不同的層疊模式：Layer
Pairs（層成對）、Internal Layer Pairs（內電層成對）和Build-up（疊壓）。在前面講過，多層板實際
上是由多個雙層板或單層板壓制而成的，選擇不同的模式，則表示在實際製作中採用不同壓制方法，所
以11-5所示的“Core”和“Prepreg”的位置也不同。例如，層成對模式就是兩個雙層板夾一個絕緣層
（Prepreg），內電層成對模式就是兩個單層板夾一個雙層板。通常採用預設的Layer Pairs（層成對）模
式。 在圖11-2所示的層堆棧管理器屬性設定對話方塊右側有一列層操作按鈕，各個按鈕的功能如下。
（1）Add Layer：添加中間訊號層。例如，需要在GND和Power之間添加一個高速訊號層，則應該首先
選擇GND層，11-6所示。單擊Add Layer按鈕，則會在GND層下添加一個訊號層，11-7所示，
其預設名稱為MidLayer1，MidLayer2，„，依此類推。雙擊層的名稱或者點擊Properties按鈕可以設定該
層屬性。 （2）Add Plane：添加內電層。添加方法與添加中間訊號層相同。先選擇需要添加的內電層的位置，然
後單擊該按鈕，則在指定層的下方添加內電層，其預設名稱為Internal Plane1，InternalPlane2，„，依
此類推。雙擊層的名稱或者點擊Properties按鈕可以設定該層屬性。 （3）Delete：刪除某個層。除了頂層和底層不能被刪除，其他訊號層和內電層均能夠被刪除，但是已
經布線的中間訊號層和已經被分割的內電層不能被刪除。選擇需要刪除的層，單擊該按鈕，彈出如
圖11-8所示的對話方塊，單擊Yes按鈕則該層就被刪除。
（4）Move Up：上移一個層。選擇需要上移的層（可以是訊號層，也可以是內電層），單擊該按鈕，
則該層會上移一層，但不會超過頂層。
（5）Move Down：下移一個層。與Move Up按鈕相似，單擊該按鈕，則該層會下移一層，但不會超過
底層。
（6）Properties：屬性按鈕。單擊該按鈕，彈出類似圖11-3所示的層屬性設定對話方塊。
11.3.2 中介層的設定
完成層堆棧管理器的相關設定後，單擊OK按鈕，退出層堆棧管理器，就可以在PCB編輯介面中進行相關
的操作。在對中介層進行操作時，需要首先設定中介層在PCB編輯介面中是否顯示。選擇
【Design】/【Options…】命令，彈出11-9所示的選項設定對話方塊，在Internal planes下方的內電
層選項上打勾，顯示內電層。 在完成設定後，就可以在PCB編輯環境的下方看到顯示的層了，11-10所示。用按一下滑鼠電路板板
層標籤即可切換不同的層以進行操作。如果不習慣系統預設的顏色，可以選擇
【Tools】/【Preferences…】命令下的Colors選項自訂各層的顏色，相關內容在第8章已有介紹，供讀
者參考。 11.4 內電層設計
多層板相對於普通雙層板和單層板的一個非常重要的優勢就是訊號線和電源可以分布在不同的板層上，
提高訊號的隔離程度和抗幹擾效能。內電層為一銅膜層，該銅膜被分割為幾個相互隔離的地區，每個區
域的銅膜通過過孔與特定的電源或地線相連，從而簡化電源和地網路的走線，同時可以有效減小電源內
阻。
11.4.1 內電層設計相關設定
內電層通常為整片銅膜，與該銅膜具有相同網路名稱的焊盤在通過內電層的時候系統會自動將其與銅膜
串連起來。焊盤/過孔與內電層的串連形式以及銅膜和其他不屬於該網路的焊盤的安全間距都可以
在Power Plane Clearance選項中設定。選擇【Design】/【Rules…】命令，單擊Manufacturing選項，其
中的Power Plane Clearance和Power Plane Connect Style選項與內電層相關，其內容介紹如下。
1．Power Plane Clearance
該規則用於設定內電層安全間距，主要指與該內電層沒有網路連接的焊盤和過孔與該內電層的安全間
距，11-11所示。在製造的時候，與該內電層沒有網路連接的焊盤在通過內電層時其周圍的銅膜就
會被腐蝕掉，腐蝕的圓環的尺寸即為該約束中設定的數值。 2．Power Plane Connect Style
該規則用於設定焊盤與內電層的形式。主要指與該內電層有網路連接的焊盤和過孔與該內電層串連時的
形式。11-12所示。 單擊Properties（屬性）按鈕，彈出其規則設定對話方塊，11-13所示。對話方塊左側為規則的適用範
圍，在右側的Rule Attributes下拉式清單中可以選擇串連方式：Relief Connect、Direct Connect和No
connect。Direct Connect即直接連接，焊盤在通過內電層的時候不把周圍的銅膜腐蝕掉，焊盤和內電層
銅膜直接連接；No connect指沒有串連，即與該銅膜網路同名的焊盤不會被串連到內電層；設計人員一
般採用系統預設的Relief Connect串連形式，該規則的設定對話方塊11-13所示。 這種焊盤串連形式通過導體擴充和絕緣間隙與內電層保持串連，其中在Conductor Width選項中設定導
體出口的寬度；Conductors選項中選擇導體出口的數目，可以選擇2個或4個；Expansion選項中設定導
體擴充部分的寬度；Air-Gap選項中設定絕緣間隙的寬度。 11.4.2 內電層分割方法
在本章的前幾節已經介紹了多層板的層疊結構的選擇，內電層的建立和相關的設定，在本小節中將主要
介紹多層板內電層的分割方法和步驟，供讀者參考。
（1）在分割內電層之前，首先需要定義一個內電層，這在前面的章節中已經有了介紹，本處不再贅 述。選擇【Design】/【Split Planes…】命令，彈出11-14所示的內電層分割對話方塊。該對話方塊中
的Current split planes欄中指內電層已經分割的地區。在本例中，內電層尚未被分割，所以圖11-14所示
的Current split planes欄為空白。Current split planes欄下的Add、Edit、Delete按鈕分別用於添加新的
電來源區域，編輯選中的網路和刪除選中的網路。按鈕下方的Show Selected Split Plane View選項用於設
置是否顯示當前選擇的內電層分割地區的。如果選擇該選項，則在其下方的框中將顯示內電層中
該地區所劃分網路地區的縮圖，其中與該內電層網路同名的引腳、焊盤或連線將在縮圖中高亮顯
示，不選擇該選項則不會高亮顯示。Show Net For選項，選擇該選項，如果定義內電層的時候已經給該
內電層指定了網路，則在該選項上方的方框中顯示與該網路同名的連線和引腳情況。
（2）單擊Add按鈕，彈出11-15所示的內電層分割設定對話方塊。 在11-15所示的對話方塊中，Track Width用於設定繪製邊框時的線寬，同時也是同一內電層上不同網
絡地區之間的絕緣間距，所以通常將Track Width設定的比較大。建議讀者在輸入數值時也要輸入單
位。如果在該處只輸入數字，不輸入單位，那麼系統將預設使用當前PCB編輯器中的單位。
Layer選項用於設定指定分割的內電層，此處可以選擇Power和GND內電層。本例中有多種電壓等級存
在，所以需要分割Power內電層來為元器件提供不同等級的電壓。
Connect to Net選項用於指定被劃分的地區所串連的網路。通常內電層用於電源和地網路的布置，但是
在Connect to Net下拉式清單中可以看到，可以將內層的整片網路連接到訊號網路，用於訊號傳輸，只是
一般設計者不這樣處理。訊號所要求的訊號電壓和電流弱，對導線要求小，而電源電流大，需要更小的
等效內阻。所以一般訊號在訊號層走線，內電層專用於電源和地網路連線。
（3）單擊圖11-15內電層分割設定對話方塊中的OK按鈕，進入網路地區邊框繪製狀態。
在繪製內電層邊框時，使用者一般將其他層面的資訊隱藏起來，只顯示當前所編輯的內電層，方便進行邊
框的繪製。選擇【Tools】/【Preferences…】命令，彈出11-16所示的對話方塊。選擇Display選項，
再選擇Single Layer Mode複選框，11-16所示。這樣，除了當前工作層Power之外，其餘層都被隱 藏起來了，顯示效果11-17所示。 在分割內電層時，因為分割的地區將所有該網路的引腳和焊盤都包含在內，所以使用者通常需要知道與該
電源網路同名的引腳和焊盤的分布情況，以便進行分割。在左側Browse PCB工具中選擇VCC網路（如
圖11-18所示），單擊Select按鈕將該網路點亮選取。
圖11-19所示為將VCC網路點亮選取後，網路標號為VCC的焊盤和引腳與其他網路標號的焊盤和引腳的
對比。
選擇了這些同名的網路焊盤後，在繪製邊界的時候就可以將這些 焊盤都包含到劃分的地區中去。此時這些電源網路就可以不通過訊號層連線而是直接通過焊盤串連到內
電層。
（4）繪製內電層分割地區。
選擇【Design】/【Split Planes…】命令，彈出11-14所示的內電層分割對話方塊，單擊Add按鈕，彈
出11-15所示的內電層分割設定對話方塊。首先選擇12V網路，單擊OK按鈕，游標變為十字狀，此時
就可以在內電層開始分割工作了。
在繪製邊框邊界線時，可以按“Shift+空格鍵”來改變走線的拐角形狀，也可以按Tab鍵來改變內電層的屬
性。在繪製完一個封閉的地區後（起點和終點重合），系統自動彈出11-20所示的內電層分割對話
框，在該對話方塊中可以看到一個已經被分割的地區，在PCB編輯介面中顯示11-21所示。 在添加完內電層後，放大某個12V焊盤，可以看到該焊盤沒有與導線相串連（11-22（a）所示），
但是在焊盤上出現了一個“+”字標識，表示該焊盤已經和內電層串連。
將當前工作層切換到Power層，可以看到該焊盤在內電層的串連狀態。由於內電層通常是整片銅膜，所
以圖11-22（b）中焊盤周圍所示部分將在製作過程中被腐蝕掉，可見GND和該內電層是絕緣的。 在內電層添加了12V地區後，還可以根據實際需要添加別的網路，就是說將整個Power內電層分割為幾
個不同的相互隔離的地區，每個地區串連不同的電源網路。最後完成效果11-23所示。
在完成內電層的分割之後，可以在11-20所示的對話方塊中編輯和刪除已放置的內電層網路。單
擊Edit按鈕可以彈出11-15所示的內電層屬性對話方塊，在該對話方塊中可以修改邊界線寬、內電層層
面和串連的網路，但不能修改邊界的形狀。如果對邊界的走向和形狀不滿意，則只能單擊Delete按鈕，
重新繪製邊界；或者選擇【Edit】/【Move】/【Split Plane Vertices】命令來修改內電層邊界線，此時可
以通過移動邊界上的控點來改變邊界的形狀，11-24所示。完成後在彈出的確認對話方塊中單擊Yes按
鈕即可完成重繪。 在內電層添加了12V地區後，還可以根據實際需要添加別的網路，就是說將整個Power內電層分割為幾
個不同的相互隔離的地區，每個地區串連不同的電源網路。最後完成效果11-23所示。
在完成內電層的分割之後，可以在11-20所示的對話方塊中編輯和刪除已放置的內電層網路。單
擊Edit按鈕可以彈出11-15所示的內電層屬性對話方塊，在該對話方塊中可以修改邊界線寬、內電層層
面和串連的網路，但不能修改邊界的形狀。如果對邊界的走向和形狀不滿意，則只能單擊Delete按鈕，
重新繪製邊界；或者選擇【Edit】/【Move】/【Split Plane Vertices】命令來修改內電層邊界線，此時可
以通過移動邊界上的控點來改變邊界的形狀，11-24所示。完成後在彈出的確認對話方塊中單擊Yes按
鈕即可完成重繪。 出現問題。所以在PCB設計時要盡量保證邊界不通過具有相同網路名稱的焊盤。 （3）在繪製內電層邊界時，如果由於客觀原因無法將同一網路的所有焊盤都包含在內，那麼也可以通
過訊號層走線的方式將這些焊盤串連起來。但是在多層板的實際應用中，應該盡量避免這種情況的出
現。因為如果採用訊號層走線的方式將這些焊盤與內電層串連，就相當於將一個較大的電阻（訊號層走
線電阻）和較小的電阻（內電層銅膜電阻）串聯，而採用多層板的重要優勢就在於通過大面積銅膜串連
電源和地的方式來有效減小線路阻抗，減小PCB接地電阻導致的地電位位移，提高抗幹擾效能。所以在
實際設計中，應該盡量避免通過導線串連電源網路。
（4）將地網路和電源網路分布在不同的內電層層面中，以起到較好的電氣隔離和抗幹擾的效果。
（5）對於貼片式元器件，可以在引腳處放置焊盤或過孔來串連到內電層，也可以從引腳
處引出一段很短的導線（引線應該盡量粗短，以減小線路阻抗），並且在導線的末端放置焊盤和過孔來
串連，11-27所示。
（6）關於去耦電容的放置。前面提到在晶片的附近應該放置0.01μF的去耦電容，對於電源類的晶片，
還應該放置10 F或者更大的濾波電容來濾除電路中的高頻幹擾和紋波，並用儘可能短的導線串連到芯
片的引腳上，再通過焊盤串連到內電層。
（7）如果不需要分割內電層，那麼在內電層的屬性對話方塊中直接選擇串連到網路就可以了，不再需要
內電層分割工具。 11.5 多層板設計原則匯總
在本章及前面幾章的介紹中，我們已經強調了一些關於PCB設計所需要遵循的原則，在這裡我們將這些
原則做一匯總，以供讀者在設計時參考，也可以作為設計完成後檢查時參考的依據。
1．PCB元器件庫的要求
（1）PCB板上所使用的元器件的封裝必須正確，包括元器件引腳的大小尺寸、引腳的間距、引腳的編
號、邊框的大小和方向表示等。
（2）極性元器件（電解電容、二極體、三極體等）正負極或引腳編號應該在PCB元器件庫中和PCB板上
標出。
（3）PCB庫中元器件的引腳編號和原理圖元器件的引腳編號應當一致，例如在前面章節中介紹了二極
管PCB庫元器件中的引腳編號和原理圖庫中引腳編號不一致的問題。
（4）需要使用散熱片的元器件在繪製元器件封裝時應當將散熱片尺寸考慮在內，可以將元器件和散熱
片一併繪製成為整體封裝的形式。
（5）元器件的引腳和焊盤的內徑要匹配，焊盤的內徑要略大於元器件的引腳尺寸，以便安裝
。
2．PCB元件布局的要求
（1）元器件布置均勻，同一功能模組的元器件應該盡量靠近布置。
（2）使用同一類型電源和地網路的元器件盡量布置在一起，有利於通過內電層完成相互之間的電氣連
接。
（3）介面元器件應該靠邊放置，並用字串註明介面類型，接線引出的方向通常應該離開電路板。
（4）電源變換元器件（如變壓器、DC/DC變換器、三端穩壓管等）應該留有足夠的散熱空間。
（5）元器件的引腳或參考點應放置在格點上，有利於布線和美觀。
（6）濾波電容可以放置在晶片的背面，靠近晶片的電源和地引腳。
（7）元器件的第一引腳或者標識方向的標誌應該在PCB上標明，不能被元器件覆蓋。
（8）元器件的標號應該緊靠元器件邊框，大小統一，方向整齊，不與焊盤和過孔重疊，不能放置在元
器件安裝後被覆蓋的地區。 3．PCB布線要求
（1）不同電壓等級電源應該隔離，電源走線不應交叉。
（2）走線採用45°拐角或圓弧拐角，不允許有尖角形式的拐角。
（3）PCB走線直接連接到焊盤的中心，與焊盤串連的導線寬度不允許超過焊盤外徑的大小。
（4）高頻訊號線的線寬不小於20mil，外部用地線環繞，與其他地線隔離。
（5）幹擾源（DC/DC變換器、晶振、變壓器等）底部不要布線，以免幹擾。
（6）儘可能加粗電源線和地線，在空間允許的情況下，電源線的寬度不小於50mil。
（7）低電壓、低電流訊號線寬9～30mil，空間允許的情況下儘可能加粗。
（8）訊號線之間的間距應該大於10mil，電源線之間間距應該大於20mil。
（9）大電流訊號線線寬應該大於40mil，間距應該大於30mil。
（10）過孔最小尺寸優選外徑40mil，內徑28mil。在頂層和底層之間用導線串連時，優選焊盤。
（11）不允許在內電層上布置訊號線。
（12）內電層不同地區之間的間隔寬度不小於40mil。
（13）在繪製邊界時，盡量不要讓邊界線通過所要串連到的地區的焊盤。
（14）在頂層和底層鋪設敷銅，建議設定線寬值大於網格寬度，完全覆蓋空餘空間，且不留有死銅，同
時與其他線路保持30mil（0.762mm）以上間距（可以在敷銅前設定安全間距，敷銅完畢後改回原有安
全間距值）。
（15）在布線完畢後對焊盤作淚滴處理。
（16）金屬殼器件和模組外部接地。
（17）放置安裝用和焊接用焊盤。
（18）DRC檢查無誤。
4．PCB分層的要求
（1）電源平面應該靠近地平面，與地平面有緊密耦合，並且安排在地平面之下。
（2）訊號層應該與內電層相鄰，不應直接與其他訊號層相鄰。
（3）將數字電路和類比電路隔離。如果條件允許，將類比訊號線和數字訊號線分層布置，並採用屏蔽
措施；如果需要在同一訊號層布置，則需要採用隔離帶、地線條的方式減小幹擾；類比電路和數字電路
的電源和地應該相互隔離，不能混用。
（4）高頻電路對外幹擾較大，最好單獨安排，使用上下都有內電層直接相鄰的中間訊號層來傳輸，以
便利用內電層的銅膜減少對外幹擾。
11.6 本章 小 結
本章主要介紹了多層電路板的設計步驟，包括多層板層數的選擇、層疊結構的選擇；多層板布局布線與
普通雙層板布局布線的相同和不同；多層板特有的中介層的建立和設定，以及內電層設計。根據本章所
羅列的步驟，讀者已經能夠完成多層PCB的初步設計工作。在接下來的章節中，我們將介紹PCB的電磁
相容和訊號完整性的相關內容，以便更好地完成PCB設計。 |
