硬件工程师经典面试题（3）： 6层PCB叠层方案，哪一种更适合高速高频PCB设计？

Hello，大家好，先来汇报一下《电感应用分析精粹》的撰写进度。目前正在第一轮细化阶段，第1章（总5章）已经完成，约2万字，满意度200%。“细化”阶段位于“架构编排”阶段之后，后者是对整体框架的部署，而前者则是进一步对内容细节进行疏通（包括绘图）。可以这么说，稿件经过细化后，与最终出版的图书有八成相似了，敬请期待哈~~

好的，咱来看下一个面（笔）试题。根据布线层优化考虑，对于某6层板，最优叠层设计应该是哪个（）

A：S01-G02-S03-S04-P05-S06

B：S01-S02-G03-P04-S05-S06

C：S01-G02-S03-P04-G05-S06

D：S01-G02-S03-G04-P05-S06

（注：S-信号层；G-地平面层；P-电源平面层）

这个题目也不错，四层板叠层太少，六层板刚刚好，只要叠层配置思路明白了，八层板及以上都是相似的。

 

首先，我们了解一下PCB叠层配置的一般原则，简单介绍如下：

1、应该为每一个信号层配置相邻的平面层，以便提供连续的阻抗。

2、地平面层与电源平面层尽量相邻配置，以降低电源内阻

3、信号层尽量不要相邻配置，以避免发生串扰现象。

4、考虑层叠结构的对称性。

 

当然，有些是相互影响的。例如，”为信号层配置平面层”也可以避免信号串扰。受限于篇幅及题目所限，本文只能简单介绍一些经验，其实背后涉及大量高速PCB设计相关的内容，包括阻抗、噪声、反射、串扰、电源内阻、返回路径、传输线等等，详情可以参考已出版图书《PADS PCB设计指南》，其中对叠层理论相关的重要内容进行了详细阐述，如下图所示：

 

 

好的，接下来我们按上述原则分析试题的4个选项

A：（S01-G02-S03-S04-P05-S06）：此方案有4个布线层与2个参考平面，布线空间比较多，但是电源与地平面之间存在两个信号层，所以电源内阻相对比较高。由于第3层靠近地平面且在内层，所以关键的高速信号线应优先安排在此层。当然，S03与S04应该尽量垂直交叉布线，以最大限制避免相邻布线层的串扰。

B：（S01-S02-G03-P04-S05-S06）：此方案也有4个布线层与2个参考平面，由于电源平面与地平面相邻，因此能够提供较低的电源阻抗。最外面两层是较差的布线层。靠近地平面的S02是最好的布线层，可用于布置关键信号线。另外，S01与S02、S05与S06应该尽量垂直交叉布线。然而，交叉布线同样会使阻抗不连续（继而引发串扰与反射等问题），所以此方案并不适合高频高速应用场合。

C：（S01-G02-S03-P04-G05-S06）。此方案有3个布线层和3个参考平面 ，每一层信号线都有相邻的平面层，相应的阻抗都能够被较好控制，而且电源与接平面相邻，电源内阻也比较低。另外，两个相对靠外的地平面层也有一定的电磁屏蔽效果。S03是最优先布线层，其次是底层。当然，缺点也是有的，布线空间更少了，而且叠层也不是对称的。

D：（S01-G02-S03-G04-P05-S06）：此方案与C选项相差之处在：第4层与第5层的地与平面层顺序。一般而言，地平面放在较外层能够起到更好的电磁屏蔽效果。

综上所述，对信号要求较高的高速高频PCB而言，选项“C”应该是最佳的。

需要注意的是，产品设计是性能与成本折中的过程，所以PCB叠层并没有绝对的好坏之分，关键在于项目的需求。例如，你的产品要求不高（EMC，ESD全部不管），也没有任何高速高频信号，就是布线密度非常大，那么，选项A或B也是不错的选择，因为布线空间更多。