四层 PCB 信号隔离设计

 在多层 PCB 中，信号隔离设计是确保信号完整性、减少干扰的关键。以下是针对四层 PCB 信号隔离设计的详细分析。

 四层 PCB 的典型结构

常见的四层 PCB 结构包括两个信号层（顶层和底层）、一个电源层和一个地层。这种结构有助于实现良好的信号隔离。

 一、合理布局

合理布局是实现信号隔离的第一步。将敏感的模拟信号和高频数字信号分开。将它们的布线路径和连接区域分开，避免信号之间的交叉和干扰。

将电源模块、模拟电路、数字电路和高速信号电路分区放置。合理布局能有效减少不同电路之间的干扰。

 二、电源层和地层设计

 （一）电源层设计

电源层应尽量保持完整，避免在电源层上挖空过多。电源层和地层应紧密相邻，形成良好的电源地回路。 降低电源分配系统的阻抗。

 （二）地层设计

地层应形成一个完整的地平面。将数字地和模拟地分开，使用磁珠或滤波电容在一点处连接数字地和模拟地。确保信号回流路径短且阻抗低。

 三、微带线和带状线设计

 （一）微带线

微带线是一种常用的传输线结构，由一个信号层和一个接地层组成。信号层上的走线距离接地面的高度应尽量小。微带线的特性阻抗由走线宽度、厚度以及与接地面的距离决定。设计时应确保微带线的阻抗匹配，避免信号反射和干扰。

 （二）带状线

带状线由两个接地层夹着一个信号层组成。带状线的特性阻抗由内外层接地层的距离以及信号层走线宽度决定。带状线具有良好的屏蔽效果。在四层 PCB 设计中，可以利用带状线结构提高信号的隔离效果。确保带状线的结构完整，避免在接地层上挖空过多，破坏屏蔽效果。

 四、信号布线规则

 （一）布线间距

信号之间的布线间距应尽量大，尤其是在高速信号和敏感信号之间，布线间距至少应大于两倍 PCB 的厚度。布线间距具体值应根据信号频率和干扰强度确定。

 （二）避免 90° 折线

90°折线会导致信号传输的反射和阻抗不连续。使用 45° 折线或圆角，减少信号反射和干扰。

 （三）串扰控制

相邻信号走线应保持等间距和等长，缩短平行布线长度，插入接地过孔（GND Via）在敏感信号和强干扰信号之间设置接地过孔屏蔽。

 五、过孔设计

过孔（Via）是多层 PCB 中连接不同层的走线的通道。在信号隔离设计中，应合理设计过孔的位置和数量。过多的过孔会破坏地平面的完整性。在高速信号路径上尽量减少过孔，降低过孔带来的信号反射和传输损耗。

避免在敏感信号旁边布置电源和地过孔。过孔之间的距离应尽量大，减小过孔之间的寄生电容和电感。