如何找出适合的电路板走线层数?

  层数越多,就可以把线间距布得越大,使路径选择更容易,而且减少了串扰问题的风险。遗憾的是,多层印刷电路板的费用与层的数字和表面面积的乘积成正比。使用层数越多,费用也就越高。
  如果层数减少,必须使用更小的走线间距,那同样也将增加额外的费用。不仅如此,对于正好足够的走线间距,所冒的串扰风险太大。
  决定一个板子需要的最少层数,靠的是经验和猜测相结合。
  问题的核心是:在一个确定大小的线路板上,使用M层,布通N个连接,估算所需要的走线间距,知道了走线间距,就能知道板子费用,而且同时可以给出串扰模型。
  走线间距由线路密度决定。关于线路密度,有个很有用的模型,称为RENT准则,是以推广它的IBM工程师的名字命名的。RENT注意到,大多数正方形板子,当分为四个象限时,一半接线在象限之间,一半接线在每个象限内部。进一步细分每个象限,显示出相同分布。关于在两个象限之间的走线,我们假设接线的长度平均起来等于象限之间 的间距,则接线的总平均等于板子边沿的3/8。
  知道了线的平均长度和线的数目,可以计算出这些线使用任意走线间距时所占的总面积。下式给出了一个使用M层的固定大小的板子上走通N个连接所需的走线间距。
  当然,如果我们还不其他一些关于布线需求的信息,例如大的总线或其他的结构,则应该使用它,如果没有其他信息。可以尝试使用RENT的思想,计算在一个板子上走线时所需的空间:

   
  其中:N=连接的数目
  P平均=平均走线间距,IN
  X=板宽度,IN
  Y=板高度,IN
  M=走线的层数
  举例来说,一个8IN*12IN的板子,在四个层面上共有800个走线连接。我们需要的走间距平均为0.132IN。
  这意味着,如果板子几乎被双列直播的通孔所覆盖,几乎需要在每个引脚之间进行走线。
  不要指望能占用引脚之间超过一半的空间。在上述例子中,我们应该使用更多的层,或者使用双倍走线路径。
  对于通孔板,与由上式得出的平均间距和最小间距的需求完全不同,如果需要在引脚之间使用两倍或三倍的走线路径,应该从串扰的角度考虑决定所使用的最小间距。采用由上式得出平均间距,可以确定需要多少可用的走线路径。
  表面贴装的板子比双列直播的板子的内层有更多可利用的走线空间。通孔的总数大致是相同的,但是表面贴装设计的通孔要小一些,因为集成电路的引脚不需要穿过它们。表面贴装的板子的内层,平均间距和最小间距可能是相近的。
  在环氧树脂电路板的内层,引脚之间走四条线是可能的,但是这也可能引起严重的串扰问题。
  在芯片间留出大的空间可以在板子上得到额外的走线空间,但是这需要更多的总面积。大多数的设计者会选择增加层数。
  如果串扰成为必须考虑的问题,则要保证布线时只有当需要穿过引脚之间时才把走线推挤到一起,一旦它们走向下一个芯片,立刻把它们的展开,这需要许多手动高速,但是即使走线间隙的微小增加也会使串把减少。
  带一些运气,我们也能找出适合的电路板走线层数,使其产生的串扰是可接受的,而且不需要太多费用。

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