四層板是印刷電路板（PCB）中常見的一種多層結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于需要較高信號(hào)完整性、電源完整性和電磁兼容性（EMI/EMC）的設(shè)計(jì)中。其結(jié)構(gòu)通常由四層導(dǎo)電層（銅層）和絕緣介質(zhì)層交替堆疊組成。以下是四層板的典型結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

1. 四層板的典型層疊結(jié)構(gòu)

四層板的核心設(shè)計(jì)目標(biāo)是為高速信號(hào)、電源和地提供低阻抗路徑，同時(shí)減少電磁干擾。常見層疊結(jié)構(gòu)有兩種：

結(jié)構(gòu)1：對稱疊層（推薦）

• Layer 1（頂層）：信號(hào)層（高速信號(hào)、關(guān)鍵信號(hào)）

• Layer 2（內(nèi)層1）：完整的地平面（GND Plane）

• Layer 3（內(nèi)層2）：電源平面（Power Plane）

• Layer 4（底層）：信號(hào)層（低速信號(hào)、普通信號(hào)）

特點(diǎn)：

• 地平面和電源平面相鄰，形成電容效應(yīng)，可抑制電源噪聲。

• 頂層和底層信號(hào)層均參考相鄰的完整平面，降低信號(hào)回路阻抗，減少 EMI。

• 對稱結(jié)構(gòu)（如 FR4 材料的厚度對稱）可減少板子翹曲風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)構(gòu)2：非對稱疊層（特殊需求）

• Layer 1（頂層）：信號(hào)層

• Layer 2（內(nèi)層1）：信號(hào)層

• Layer 3（內(nèi)層2）：地平面（GND Plane）

• Layer 4（底層）：電源平面（Power Plane）

特點(diǎn)：

• 適用于需要更多信號(hào)走線但電源需求簡單的場景。

• 信號(hào)層之間需通過過孔連接到電源/地平面，可能增加 EMI 風(fēng)險(xiǎn)。

• 不推薦用于高速設(shè)計(jì)，因信號(hào)回路路徑可能不完整。

2. 材料與厚度選擇

四層板的性能與材料（介質(zhì)層）的介電常數(shù)（Dk）、損耗因子（Df）和厚度密切相關(guān)。常用材料為 FR4 環(huán)氧樹脂玻璃纖維，高頻場景可選用 Rogers 材料。
典型厚度配置（總板厚約 1.6mm）：

• 頂層銅厚：1 oz (35 μm)

• 介質(zhì)層1（L1-L2）：0.2 mm（如 PP 1080）

• 內(nèi)層銅厚：1 oz

• 介質(zhì)層2（L2-L3）：0.4 mm（如 Core 2116）

• 介質(zhì)層3（L3-L4）：0.2 mm（對稱設(shè)計(jì)）

• 底層銅厚：1 oz

3. 四層板的核心優(yōu)勢

1. 信號(hào)完整性：

   • 高速信號(hào)（如 DDR、USB、HDMI）可通過參考完整地平面減少串?dāng)_和反射。

   • 通過控制阻抗（如 50Ω 單端、100Ω 差分）匹配信號(hào)傳輸要求。

2. 電源完整性：

   • 電源平面提供低阻抗電源分配，減少電壓跌落（IR Drop）。

   • 地平面與電源平面相鄰，形成去耦電容，抑制高頻噪聲。

3. EMI/EMC 控制：

   • 完整平面屏蔽信號(hào)層，減少輻射。

   • 縮短信號(hào)回路路徑，降低環(huán)路面積。

4. 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1. 層間對稱性：

   • 對稱層疊（如頂層/底層厚度相同）可減少熱應(yīng)力導(dǎo)致的翹曲。

2. 過孔設(shè)計(jì)：

   • 避免在電源/地平面上過度鉆孔，防止平面割裂。

   • 使用盲埋孔（需成本權(quán)衡）優(yōu)化高速信號(hào)路徑。

3. 信號(hào)參考平面：

   • 關(guān)鍵信號(hào)（如時(shí)鐘、差分對）必須始終參考完整地平面。

   • 避免跨分割（跨電源/地平面分界），否則會(huì)引起阻抗突變。

4. 電源分割：

   • 若電源平面需分割（多電壓），需預(yù)留足夠間距（20-50 mil）避免短路。

   • 敏感電源（如模擬電源）可單獨(dú)分割并添加磁珠/電容濾波。

5. 應(yīng)用場景

• 高速數(shù)字電路：如 FPGA、處理器、DDR 內(nèi)存接口。

• 射頻/微波電路：需阻抗控制和 EMI 屏蔽的場景。

• 工業(yè)控制設(shè)備：復(fù)雜電源分配和抗干擾需求。

• 消費(fèi)電子：手機(jī)、路由器等緊湊型設(shè)備。

6. 與雙層板的對比

總結(jié)

四層板通過合理的層疊設(shè)計(jì)（如信號(hào)-地-電源-信號(hào)）實(shí)現(xiàn)了信號(hào)完整性、電源完整性和 EMI 性能的平衡。設(shè)計(jì)時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注參考平面連續(xù)性、阻抗控制和對稱性，同時(shí)根據(jù)具體需求選擇材料和厚度。對于高速、高密度電路，四層板是性價(jià)比最優(yōu)的選擇之一。