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四层板PCB设计保姆级教程（1）：3.0HUB设计概述_哔哩哔哩_bilibili（虽然是四层板实际这个还是两层板！） 不太建议看这个。

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什么是四层板？

默认情况下，四层板 顶层和底层 铜厚与两层板 一样 为1盎司 

顶层和底层：常用于走 关键信号线 和 大电流的电源线 

内层1 和 内层2 ：铜厚为 0.5盎司  一般在内层进行 GND铺铜 和 走电流较小的电源线 和 信号线

在四层板设计中 一般会将其中的一层 设置为 接地层 不走其他的线 这样就有一个完整的地平面，可以获得更好的抗干扰效应，也能更好的阻抗匹配。

什么时候需要四层板

1.需要做阻抗匹配

2.画不下

3.对信号以及电源苛刻

层叠结构

由于PCB数的增加 ，使得可以走线的层数变得更多 所以增加了  层叠结构  的概念。

以四层板为例： 一层作为GND层 一层作为电源层 ，由于顶层和底层常用于走信号线，所以四层板常用的结构有两种 第二层为GND or 第三层 为GND 。

有三种方案 

层叠设计的规则

1.每一个重要走线层，都要有一个相邻参考层 电源orGND层 都可以 一般来说是GND层

2.主电源层和主GND层必须靠近摆放 以提供较大的耦合电容。

例如  四层板  ：器件或关键信号线 在顶层布局；  GND层则最好放置在第二层 ；第三层设置为电源层； 底层走其余的线 。

如果 器件或关键信号线 在底层 布局 ； GND层则放置在第三层；第二层为电源层；顶层走其余的线。

什么是阻抗匹配？

（阻抗匹配对高速信号 用的比较多 ）把信号想象成一辆车子 从一个窄窄的 国道 往外跑 突然跑到一个巨宽的高速公路上面 疯狂的加速加速加速 然后 到达某个地方 又到了一个非常窄的地方  有些信号就会直接撞在墙上（信号全部反弹） 用100辆车去 传信息 最后可能进入这个管道里面的只有5辆车 那用车表示数据  100个数据 实际上只有5个数据到达了  那信号损失时非常大的 这就是阻抗不匹配的情况。

阻抗：并不是单纯的电阻， 日常用的器件并不是理想器件 而会产生 寄生电容 寄生电感 寄生电阻等参数 对电流起阻碍作用。

为什么要做阻抗匹配： 当信号 经过阻抗不连续的区域时 会发生信号反射 

对于高速信号而言  这些反射很有可能造成 时序错误 从而导致通讯失败 

比如两条或多条 需要共同工作的信号线 如果传输信号很快  同时传输线 之间 阻抗差距比较大 ，一条线阻碍比较小 信号完整平稳的通过； 一条线阻碍比较大，信号存在较大的抖动 就会导致信号混乱时序错误。

在实际设计中，芯片厂家 或 高速传输线 需要控制多少阻抗 一般会直接告诉我们 我们仅需根据 要求对应计算 得到实际的走线参数即可。        

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板子数：4层板 为例  板厚为1.6  铜厚：（外层：1盎司 ；内层：0.5盎司） 假设 需要控制的阻抗为90欧姆  ， 接下来 选择阻抗模式；：单端阻抗、差分阻抗、共面单端、共面差分。

阻抗匹配 是需要参考平面的  阻抗匹配很重要的参数就是：距离参考地平面的距离 线的宽度 

做二层板的时候，叠层 嘉立创是1.6的层叠 1.6的距离对于我们来做阻抗匹配就很麻烦

比如说 我要做50欧姆的阻抗匹配 那么我可能要画几十mil那么粗的线（所以后期很难布线）

于是就有了四层板  为什么四层板可以呢：因为距离四层板非常近的地方叫 参考地平面

参考地平面距离非常近  所以信号线可以从几十 多mil缩减成 几 mil    

所以需要做阻抗匹配的一般就选用4 6 8 层板   

阻抗层   选 L1（顶层进行走线） 顶层上层没有上参考层  按照前面的层叠结构  下层的层叠结构第二层为GND层 所以下参考层选  L2 ；线距选择默认的 8，  

 点击计算：线宽 就计算出来了，在进行PCB设计时 按照规定的线宽进行走线即可 

共面：除了指定 参考层外 还需要在阻抗线周围按照铜皮到阻抗线的距离进行包裹GND铜皮并且每隔150~300mil 之间 进行一个GND过孔的连接 共面阻抗抗干扰能力会更好 但是需要考虑板子实际走线密度是否合适

USB接口定义：

区分 USB 器件 ： TYPEC 和B 的器件选型 

USB3.0传输最快能达到5GB  对于这种高速传输信号线 一般都会进行阻抗控制  如果不知道控制多少可以直接百度 

晶振外围电容选取计算：

一般情况下选晶振时会 有晶振 CL的电容  CY可以厗4PF

TVS：瞬态电压抑制二极管

作用：抑制电压尖峰。

没有加入TVS时，来了一个瞬时的2000V电压，就会直接击穿内部电路。

而加了TVS，TVS会将2000V电压 钳位在10V。

当5V电源电压经过时， TVS的阻抗非常高，可达几百万Ω 所以 此时 TVS可看做断路。

当尖峰电压来临 TVS阻抗就会变得极低 不到 0.5Ω  此时电压尖峰的能量通过TVS流向负极 

 

TVS重要参数

伏安特性曲线

当给它加正向电压时 ， 与普通二极管无异 ，

而TVS工作在反向电压下 

设备的工作电压 一定要 小于VRWM：此时漏电流非常小 而当电压大于VRWM后 漏电流急剧增加。

设备工作的最大电压 一定要大于VC 因为VC随时可能出现 如果设备工作最大电压小于这个值会导致设备损坏。

USB扩展坞限流保护 

一般笔记本电脑的USB3.0接口 输出的电流 在1A 左右  万一四个接口接了负载比较大 很可能把电脑接口烧坏了 ， 所以需要 限流保护芯片（或者限流保护电路）。

这里选的是这个。 输入电压5V之内  保护电流 在1A之内。

嘉立创层数基础知识

内电层：一整个层都是一块铜皮，不能用来走线只能进行铜皮的分割。

信号层：简单理解就是走线层。

一般情况下 我们会将 两个 内层设置为 内电层 一个用于GND层 一个用于电源层 如果走线比较多的话也可以根据实际情况进行布置

四层板内层：

内层分为 内电层（负片层） 和 信号层（正片层）

内电层（负片）： 内电层 不能走线 （添加后会自动大面积铺铜）一开始就全是铜

内电层能 进行 不同网络的 分割（内电层分割） 相当于在一个图层中，将PCB板分成不同的区，每个区 可以有不同的网络 比如说 板子上的地 有信号地 模拟地 这样的话就能 通过内电层分割的形式将其分割出来不同区域作为不同网络层。例如：下图 绿线就是分割的区域 绿线部分是没有铜的。

嘉立创EDA中可以直接用 折线进行分割（必须要是封闭的）然后进行 重新铺铜 就能分开然后选择相应的网络 但实际上还是铜板

信号层（正片）：可以走线 走线的地方就是铺铜的。

就普通走线 ，走线就是 铜线。

内电层规则

内电层一般作为参考层 为了防止外界干扰 一般内缩40mil

走线 一般情况下会从有阻挡的一侧开始走线 

在下图中左下角有一个晶振 ，如果从上面开始走 走下来容易被阻挡或者没走那么宽 导致下方的引脚没有足够的空间进行走线从而需要第二步调整。

在USB3.0中只有 SSTX 和 SSRX这两组线是高速传输信号线，HP是匹配USB2.0使用的，所以走线的时候需要优先考虑TX和RX。

   

电源和地平面的问题

电源

过孔一般推荐打大一点， 或者采用密集的阵列过孔去打 可能用粗的走线把电源连接起来

地平面

二层板：容易割裂

四层板：因为有专门的 地平面层 所以GND不会被割裂 所以要接GND直接可以在引脚上打一个过孔 过孔直接接到地平面 电流则从地平面 一个完整的地平面走最短路径 就回到了电源这一端。 

 104小电容：100nf的小电容

106小电容：10uf的小电容

上拉电阻

为什么3.3V接一个10K欧姆的电阻 不接地经过电阻后的电压还是3.3V？

这是因为在没有电流流动的情况下，电阻两端的电压是不会有压降的。

详细解释：

电阻的作用是通过它的阻值来限制电流的流动，并产生电压降。根据欧姆定律，电阻上的电压降（VRV_RVR​）等于电流（III）乘以电阻值（RRR）：

VR=I×RV_R = I \times RVR​=I×R

• 当你将一个10K欧姆的电阻连接到3.3V电源，而不接地或者没有其他电路元件时，这个电路实际上是“开路”状态，也就是说没有电流流过电阻。
• 由于没有电流流过电阻，根据欧姆定律，电阻两端的电压降为零（VR=0V_R = 0VR​=0）。

所以，电阻前后的电压是一样的，都是3.3V。

总结：

电阻在没有电流流过的情况下不会产生电压降，因此电阻前后的电压保持不变，仍然是3.3V。

那电阻后面接一个单片机引脚，就可以把单片机上拉成3.3V

上拉电阻的作用

当电阻的一端接到3.3V电源，另一端接到单片机的输入引脚时，这个电阻就起到了“上拉”作用。这意味着在没有其他外部信号驱动的情况下，这个引脚会被“拉”到高电平，也就是3.3V。

工作原理

• 无外部信号时：如果引脚悬空（没有外部设备连接或者没有输出信号），上拉电阻会通过微小的电流把引脚拉到3.3V电平。此时，由于电阻很大（如10K欧姆），电流非常小，电阻两端的电压降近似为0，所以引脚电压接近3.3V。

• 有外部信号时：当有外部设备拉低（或拉高）引脚电压时，上拉电阻允许电流流过，从而改变引脚的电压。但是由于电阻较大，它不会显著影响外部信号的电平。

应用场景

上拉电阻通常用于输入引脚，需要保证在没有驱动信号时，输入引脚有一个确定的电平（通常是高电平）。例如，按钮开关的输入、I2C通信的SDA和SCL线等。

所以，使用一个10K欧姆的电阻上拉单片机引脚到3.3V，可以确保该引脚在没有其他信号输入时保持3.3V的高电平。

关于芯片VREF（参考 基准电源引脚） 原则上 是不想要它去打过孔的。（虽然不一定 但最好不要打过孔）

PCB设计的基本流程

PCB绘制好后， 

如果项目不保密 、 练手  、 你特别懒   直接PCB的文件  .brd 或者.pcbdoc 文件 直接给加工厂 加工厂给你导出gerber 就行

如果说项目保密 那么 你就把它生成 gerber文件 变成一张一张的画 ，把画给PCB制造厂，PCB制造厂有这画后就可以制造PCB了。

越靠近用户需求 实际上需要具备的资历越深  只有具备非常好的能力 才能理解用户需求

所以一开始是从 建库开始学  后面慢慢的器件选型 然后确定电路指标 再往前走。