AD四层板设计（Altium Designer）

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前言

1、用 Altium Designer 软件绘制电路时，通常2层板能实现设计需求。遇到板框固定，元器件密集的情况下，2 层板无法实现预期功能，考虑设计多层板；
2、本文主要介绍AD四层板的设计流程，其中PCB的叠层设计、内缩设计及DRC设计规则是关键。
3、软件版本：Altium Designer 19.0.4

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一、正片层和负片层介绍

1、正片层(Signal)
正片就是平常用在走线的信号层，即走线的地方是铜线，用Polygon Pour进行大块敷铜填充。

2、负片层(Plane)
负片正好相反，即默认敷铜，走线的地方是分割线，也就是生成一个负片之后整一层就已经被敷铜了，要做的事情就是分割敷铜，再设置分割后的敷铜网络。

3、内电层的分割实现
AD中直接用Line，快捷键P+L，来分割，分割线不宜太细，用15mil及以上。
要分割敷铜时，只要用Line画一个封闭的多边形框，在双击框内敷铜设置网络即可。

正负片都可以用于内电层，正片也可通过走线和敷铜实现。
负片的好处：默认大块敷铜填充，在添加过孔，改变敷铜大小等等操作都不需要Rebuild，这样省去了PROTEL重新敷铜计算的时间。中间层用于电源层和GND层时候，层面上大多是大块敷铜，这样用负片的优势就很明显。

建议信号层采取“正片”的方式处理，电源层和GND层采取“负片”的方式处理，可以很大程度上减小文件数据量的大小和提高设计的速度。

二、PCB板的叠层设计

• 叠层设计遵从以下规定：
• ① 每个走线层都必须有一个邻近的参考层(电源或地层)；
• ② 邻近的主电源层和地层要保持最小间距，以提供较大的耦合电容。

1.两层板的叠层

对于两层板来说，由于板层数量少，已经不存在叠层的问题。控制EMI辐射主要从布线和布局来考虑；

单层板和双层板的电磁兼容问题越来越突出。造成这种现象的主要原因就是因是信号回路面积过大，不仅产生了较强的电磁辐射，而且使电路对外界干扰敏感。

要改善线路的电磁兼容性，最简单的方法是减小关键信号的回路面积。

关键信号：从电磁兼容的角度考虑，关键信号主要指产生较强辐射的信号和对外界敏感的信号。能够产生较强辐射的信号一般是周期性信号，如时钟或地址的低位信号。对干扰敏感的信号是指那些电平较低的模拟信号。

单、双层板通常使用在低于10KHz的低频模拟设计中:

• ① 在同一层的电源走线以辐射状走线，并最小化线的长度总和；
• ②走电源、地线时，相互靠近；在关键信号线边上布一条地线，这条地线应尽量靠近信号线。这样就形成了较小的回路面积，减小差模辐射对外界干扰的敏感度。当信号线的旁边加一条地线后，就形成了一个面积最小的回路，信号电流肯定会取道这个回路，而不是其它地线路径。
• ③ 如果是双层线路板，可以在线路板的另一面，紧靠近信号线的下面，沿着信号线布一条地线，地线尽量宽些。这样形成的回路面积等于线路板的厚度乘以信号线的长度。

2.四层板的叠层

（1）PCB层介绍

• AD19默认的Layer（层）有13个，层介绍如下表：

Layer	含义
Top Layer	顶层，该层通常用于布线
Bottom Layer	底层，该层通常用于布线
Mechanical 1	机械层1，该层可用于设计PCB的机械外形
Top Overlay	顶层丝印层，顶层元器件丝印、字符
Bottom Overlay	底层丝印层，底层元器件丝印、字符
Top paste	顶层助焊层，一般用于贴片元件的SMT回流焊过程时上锡膏
Bottom Paste	底层助焊层，一般用于贴片元件的SMT回流焊过程时上锡膏
Top Solder	顶层阻焊层，敷设阻焊绿油，以防止铜箔上锡，保持绝缘
Bottom Solder	底层阻焊层，敷设阻焊绿油，以防止铜箔上锡，保持绝缘
Drill Guide	钻孔定位层，焊盘及过孔的钻孔的中心定位坐标层
Keep-Out Layer	禁止布线层，可用于设计PCB机械外形
Drill Drawing	钻孔图纸层，焊盘及过孔的钻孔孔径尺寸描述层
Multi-Layer	通孔层，抽象的层，仅显示过孔和焊盘

• 四层板，顾名思义就是有四层的电路板，它通常由顶层信号层、中间层（内电层）Power层、中间层GND层和底层信号层组成。顶层信号层Top Layer和底层信号层Bottom Layer已经存在，中间层的两层需要添加。

（2）四层板的层叠顺序：SIG－GND－PWR －SIG

• 这种层叠顺序通常应用于板上芯片较多的情况。此方案可得到较好的SI性能，但对于EMI性能来说并不是很好，主要通过走线及其他细节来控制。
• 注意：地层放在信号最密集的信号层的相连层，有利于吸收和抑制辐射；增大板面积，体现20H规则。

（3）层叠设计步骤：

• 步骤1：快捷键D+K，打开层叠管理器

注意：Dielectric 是电介质，介于Top Layer与Bottom Layer之间的绝缘材料，不用进行操作。四层板设计需要在Top Layer与Bottom Layer之间添加两层中间层。

• 步骤2：如下图所示，创建第一个负片层，①选择Top Layer所在行 → ②右键选择Insert layer below → ③选择Plane

中间层选择类型，见下表：

可选类型	含义
Signal	信号层，又叫正片层，同Top Layer和Bottom Layer
Plane	负片层，专用于4层板以上的电源或地走线
Core	制作板的基础材料，双面包铜，具有一定的硬度及厚度
Prepreg	用于多层印制板的内层导电图形的粘合材料及绝缘材料
Copper plating	镀铜（不选）

注意：通常，四层板的GND层选择负片层，POWER层选择负片层或信号层。

• 步骤3：重复步骤2，创建第二个负片层，选中Top Layer双击，重命名，重命名结果如下图。

• 步骤4：设置GND层和POWER层的内缩值，GND层内缩20mil，POWER层内缩60mil；
  GND层内缩设置：
  ① 选择GND层 → ② 单击Panels → ③ 选择Properties → ④ 取消勾选Stack Symmetry → ⑤ 设置Pullback distance值为20mil。

同理，POWER层内缩：

• 步骤5：四层板布线
  ① 与两层板布线方式相同，在Top层和Bottom层布线，而GND层和POWER层禁止布线，需要连接对应的地和电源网络；
  ② 层与层之间的连接是通过过孔/焊盘实现的，多层板同样如此。放置元器件的Top Layer或Bottom Layer先把电源和GND（或其他的走线）通过过孔引出；
  ③ 通过过孔/焊盘引出的电源和地网络，在Top和Bottom不需要走线，此处不需要走线的电源和地，指的是POWER层网络和GND层网络连接的电源和地。

三、规则设计

• 画好的四层板外发打板时，规则设计可参考嘉立创4层板的板层及板厚设计:
• ① 通常四层板板厚设置为1.6mm或2mm；
• ② 板材设置为FR-4；
• ③ 层压顺序选择“按原单处理”；
• ④ 层压结构参考下图：
  
• ⑤ 其余选项参照两层板打板选项设置。

参考资料

参考资料1: Altium Designer(AD)软件使用记录05-PCB叠层设计
参考资料2: AD_PCB：四层或多层板最优层叠顺序选择
参考资料3: 从零开始的硬件之路20：使用AD绘制四层板的主要步骤