電子產(chǎn)品諸多可靠性與穩(wěn)定性問(wèn)題，根源在于電磁兼容（EMC）設(shè)計(jì)不達(dá)標(biāo)，常見(jiàn)表現(xiàn)為信號(hào)失真、噪音過(guò)大、工作中信號(hào)不穩(wěn)定、系統(tǒng)易死機(jī)、抗干擾能力弱等。電磁兼容設(shè)計(jì)涉及電磁學(xué)等專(zhuān)業(yè)知識(shí)，復(fù)雜度較高。本文將從 PCB 層數(shù)配置與層布局兩方面，結(jié)合實(shí)操經(jīng)驗(yàn)分享設(shè)計(jì)技巧，為電子工程師提供參考。

一、PCB 層數(shù)的配置

PCB 層主要包含電源層、地層與信號(hào)層，層數(shù)為三者數(shù)量的總和。設(shè)計(jì)第一步需先統(tǒng)籌分類(lèi)所有電源、地及各類(lèi)信號(hào)，再基于分類(lèi)展開(kāi)部署，同時(shí)需在系統(tǒng)電磁兼容性與成本之間找到平衡。

1. 電源層設(shè)計(jì)

電源層設(shè)計(jì)核心需結(jié)合電源類(lèi)型與數(shù)量：

若僅單電源供電，可采用單一電源層；對(duì)電源要求高的場(chǎng)景，也可設(shè)多個(gè)電源層為不同層器件供電。

若存在多電源，可設(shè)計(jì)多個(gè)電源層，或在同一電源層對(duì)不同電源進(jìn)行分割；但分割前提是電源間無(wú)交叉，若有交叉則必須單獨(dú)設(shè)多個(gè)電源層。

2. 信號(hào)層設(shè)計(jì)

信號(hào)層層數(shù)需圍繞信號(hào)特性規(guī)劃，優(yōu)先保障特殊信號(hào)的屏蔽與完整性：

時(shí)鐘、高頻等特殊信號(hào)需單獨(dú)分層，且必要時(shí)增加地平面作為屏蔽層，減少干擾。

設(shè)計(jì)時(shí)可先通過(guò)專(zhuān)業(yè)軟件搭建基礎(chǔ)方案，再結(jié)合實(shí)際需求調(diào)整細(xì)節(jié)；信號(hào)密度與特殊信號(hào)的完整性，是層數(shù)設(shè)計(jì)的核心考量因素。

3. 不建議選擇單 / 雙面板的原因

若不單純追求成本控制，不建議設(shè)計(jì)單面板或雙面板：

單 / 雙面板雖加工簡(jiǎn)單、成本低，但在信號(hào)密度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的場(chǎng)景（如高速數(shù)字電路、模數(shù)混合電路）中存在明顯缺陷。

單面板無(wú)專(zhuān)門(mén)參考地線層，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)回路面積增大、輻射增強(qiáng)；同時(shí)因缺乏有效屏蔽，系統(tǒng)抗干擾能力大幅下降。

二、PCB 板層的布局設(shè)計(jì)

確定信號(hào)與層數(shù)后，需按科學(xué)原則規(guī)劃層布局，核心目標(biāo)是減少耦合干擾、提升屏蔽效果。

（一）PCB 層布局核心原則

電源層與對(duì)應(yīng)地層相鄰，通過(guò)形成耦合電容結(jié)合板上去耦電容，降低電源平面阻抗，同時(shí)實(shí)現(xiàn)較寬頻帶的濾波效果。

優(yōu)先選擇地平面作為信號(hào)參考層：理論上電源層與地層均可作參考層，但地平面可直接接地，屏蔽效果遠(yuǎn)優(yōu)于電源層。

相鄰兩層的關(guān)鍵信號(hào)不得跨分割區(qū)，否則會(huì)形成大信號(hào)環(huán)路，產(chǎn)生強(qiáng)輻射與耦合干擾。

保持地平面完整性，禁止在地平面走線；若信號(hào)線密度過(guò)高，可考慮在電源層邊緣有限走線。

高速、時(shí)鐘、高頻等關(guān)鍵信號(hào)的正下方，需設(shè)計(jì)地線層，使信號(hào)環(huán)路路徑最短，輻射干擾最小。

高速電路需重點(diǎn)控制電源輻射：通常要求電源層面積小于地平面，利用地平面對(duì)電源層形成屏蔽；一般需讓電源層比地平面縮進(jìn)“2 倍介質(zhì)厚度”，若需減小縮進(jìn)量，可盡量減小介質(zhì)厚度。

（二）多層 PCB 布局一般原則

電源層應(yīng)靠近地層，并設(shè)計(jì)在地層下方，強(qiáng)化屏蔽與濾波效果。

布線層需與整塊金屬平面（電源層或地層）相鄰，保障信號(hào)參考穩(wěn)定性。

數(shù)模信號(hào)需嚴(yán)格隔離：優(yōu)先避免數(shù)模信號(hào)在同一層；若無(wú)法避免，需分區(qū)域布線，通過(guò)開(kāi)槽等方式隔離模擬信號(hào)區(qū)與數(shù)字信號(hào)區(qū)。模擬電源與數(shù)字電源（尤其輻射強(qiáng)的數(shù)字電源）也需單獨(dú)隔離并屏蔽。

不同層的傳輸特性存在差異：中間層印制線條形成平面波導(dǎo)，表面層形成微帶線，設(shè)計(jì)時(shí)需適配不同特性。

時(shí)鐘電路與高頻電路是主要干擾 / 輻射源，需單獨(dú)規(guī)劃布局，遠(yuǎn)離敏感電路（如模擬電路、弱信號(hào)電路）。

不同層的雜散電流與高頻輻射電流不同，布線時(shí)需針對(duì)性設(shè)計(jì)，不可同等對(duì)待。

三、結(jié)語(yǔ)

合理的 PCB 層數(shù)設(shè)計(jì)與層布局，能顯著提升板級(jí)電磁兼容性。層數(shù)設(shè)計(jì)需重點(diǎn)關(guān)注電源層、地層的配置，及高頻、特殊、敏感信號(hào)的分層與屏蔽需求；層布局則需圍繞耦合控制、地 / 電源線規(guī)劃、關(guān)鍵信號(hào)（時(shí)鐘 / 高速）隔離、數(shù)模信號(hào)分區(qū)等核心點(diǎn)展開(kāi)。希望本文的解析能為工程師的 PCB EMC 設(shè)計(jì)提供實(shí)際幫助。

審核編輯 黃宇