PCB kavandamisel on üks põhilisemaid küsimusi, mida tuleks kaaluda, rakendada vooluahela funktsioonide nõudeid, kui palju juhtmestiku kihti, maapinna ja toiteplaadi ning trükitud vooluahela juhtmestiku kihti, maapinna tasapinda ja kihtide arvu määramist ning vooluringi funktsiooni, signaali terviklikkust, EMI, EMC, muid nõudeid.

Enamiku disainilahenduste jaoks on palju vastuolulisi nõudeid PCB jõudlusnõuete, sihtkulude, tootmistehnoloogia ja süsteemi keerukuse kohta. PCB lamineeritud disain on tavaliselt kompromisside otsus pärast mitmesuguste tegurite kaalumist. Kiire digitaalsed ahelad ja vurruahelad on tavaliselt kujundatud mitmekihiliste tahvlitega.

Siin on kaheksa kaskaadikujunduse põhimõtet:

1. Delatus

Mitmekihilises PCB -s on tavaliselt signaalikiht (id), toiteallika (P) tasapinna ja maandusakna (GND) tasapind. Toitetasapind ja maapind on tavaliselt segmenteerimata tahked tasapinnad, mis tagavad külgnevate signaaliliinide voolu jaoks hea madala takistusega voolu tagasivoolutee.

Enamik signaalikihtidest asub nende energiaallikate või maapealse võrdlustasandi kihtide vahel, moodustades sümmeetrilised või asümmeetrilised ribaga jooned. Mitmekihilise PCB ülemist ja alumist kihti kasutatakse tavaliselt komponentide ja väikese koguse juhtmestiku paigutamiseks. Nende signaalide juhtmestik ei tohiks olla juhtmestiku põhjustatud otsese kiirguse vähendamiseks liiga pikk.

2. Määrake ühe võimsuse võrdlustasand

Lahustamise kondensaatorite kasutamine on toiteallika terviklikkuse lahendamiseks oluline meede. Lahustamist kondensaatorid saab paigutada ainult PCB üla- ja alaosasse. Lahustumise kondensaatori, jootepadja ja augupassi marsruutimine mõjutab tõsiselt lahtisistekondensaatori mõju, mis nõuab disainilahendust, peab arvestama, et lahutamiskondensaatori marsruutimine peaks olema võimalikult lühike ja lai ning aukuga ühendatud juhtkond peaks olema ka võimalikult lühike. Näiteks on kiire digitaalse vooluahela korral võimalik paigutada lahutamiskondensaatori PCB ülemisele kihile, määrata 2. kiht kiirele digitaalskeemile (näiteks protsessor) kui toitekiht, 3. kiht signaalikihina ja 4. kihina kiire digitaalse ringkonna maapinnana.

Lisaks on vaja tagada, et sama kiire digitaalse seadme juhitud signaali marsruutimine võtaks sama toitekihi kui võrdlustasandil ja see toitekiht on kiire digitaalse seadme toiteallika kiht.

3. Määrake mitme võimsusega võrdlustasand

Mitme võimsusega võrdlustasapind jaguneb mitmeks tahkeks piirkonnaks erineva pingega. Kui signaalikiht asub mitme võimsusega kihiga, puutub lähedal asuva signaalkihi signaalivool ebarahuldava tagasivooluteega, mis põhjustab lünki tagastamise teel.

Kiire digitaalsete signaalide korral võib see põhjendamatu tagasivoolutee põhjustada tõsiseid probleeme, seetõttu on vaja, et kiire digitaalse signaali juhtmestik peaks olema eemal mitme energiatarbega võrdlustasandist.

4.Määrake mitu maapealse võrdlustasapinda

 Mitmed maapealsed tasapinnad (maandustasapinnad) võivad pakkuda hea madala takistusega voolu tagasivoolutee, mis võib vähendada tavarežiimi EML-i. Maapind ja toitetasapind tuleks tihedalt siduda ning signaalkiht tuleks tihedalt ühendada külgneva võrdlustasandiga. Seda saab saavutada, vähendades söötme paksust kihtide vahel.

5. Disaini juhtmestiku kombinatsioon mõistlikult

Signaaliteega hõlmatud kahte kihti nimetatakse juhtmestiku kombinatsiooniks. Parim juhtmestiku kombinatsioon on loodud selleks, et vältida tagasivoolu, mis voolab ühelt võrdlustasandilt teise, kuid voolab selle asemel ühest võrdlustasandist teise punkti (nägu). Keerulise juhtmestiku lõpuleviimiseks on juhtmestiku vahepalade muundamine vältimatu. Kui signaal konverteeritakse kihtide vahel, tuleks tagasivoolu tagada voolu sujuvalt ühest võrdlustasandist teise. Kujunduses on mõistlik kaaluda külgnevaid kihte juhtmestiku kombinatsioonina.

Kui signaalitee peab hõlmama mitut kihti, pole tavaliselt mõistlik disain seda kasutada juhtmestiku kombinatsioonina, kuna mitme kihi kaudu läbi viidud tee ei ole tagastamisvoolude jaoks laiguline. Ehkki vedru saab vähendada, asetades lahtisisukondensaatori läbi augu lähedale või vähendades keskkonna paksust võrdlustasapindade vahel, pole see hea disain.

6.Juhtmestiku suuna seadmine

Kui juhtmestiku suund on seatud samale signaalkihile, peaks see tagama, et enamik juhtmestiku juhiseid on järjepidevad ja peaksid olema külgnevate signaalikihtide juhtmestiku jaoks ortogonaalsed. Näiteks saab ühe signaalkihi juhtmestiku suuna seada suunas “Y-telg” ja teise külgneva signaalikihi juhtmestiku suunas saab seada suuna “x-telg”.

7. Adopperis ühtlase kihi struktuuri 

Projekteeritud PCB lamineerimise põhjal võib leida, et klassikaline lamineerimise disain on peaaegu kõik isegi kihid, mitte paaritu kihid, selle nähtuse põhjustavad mitmesugused tegurid.

Trükitud vooluahela tootmisprotsessi põhjal võime teada, et kogu vooluahela juhtiv kiht on südamikihile salvestatud, tuumakihi materjal on üldiselt kahepoolsed katteplaadi, kui südamikukihi täielik kasutamine

Isegi kihtide trükitud vooluahela tahvlitel on kulud. Kuna meediumikihti ja vaskkatteid puudub, on PCB tooraine paaritu numbriga kihtide maksumus pisut madalam kui PCB ühtlaste kihtide maksumus. Kuid paaritukihi PCB töötlemiskulud on ilmselgelt kõrgemad kui ühtlase kihi PCB, kuna paaritukihi PCB peab tuumakihi konstruktsiooni protsessi alusel lisama mittestandardse lamineeritud südamiku kihi sidumisprotsessi. Võrreldes ühise südamiku kihi struktuuriga, põhjustab vaskkatte lisamine tuumakihi struktuurist madalamat tootmist ja pikemat tootmistsüklit. Enne lamineerimist nõuab välimine südamiku kiht täiendavat töötlemist, mis suurendab välimise kihi kriimustamise ja ebaõigluse riski. Suurenenud välimine käitlemine suurendab märkimisväärselt tootmiskulusid.

Kui trükitud vooluahela sisemised ja välimised kihid jahutatakse pärast mitmekihilist vooluringi sidumisprotsessi, tekitab erinev lamineerimispinge trükitud vooluahela lauale erineva painutamise aste. Ja kui tahvli paksus suureneb, suureneb komposiit -trükitahvli painutamise oht kahe erineva konstruktsiooniga. Kummalise kihi vooluahelate tahvleid on lihtne painutada, samas kui ühtlane kihi trükitud vooluahela tahvlid saavad painutamist vältida.

Kui trükitud vooluahela on konstrueeritud paaritu arvu toitekihtide ja ühtlase arvu signaalikihtidega, saab toitekihtide lisamismeetodi vastu võtta. Teine lihtne meetod on lisada maanduskiht virna keskele ilma teisi sätteid muutmata. See tähendab, et PCB on ühendatud paaritu arvu kihtidega ja seejärel dubleeritakse keskel maanduskiht.

8.  Kulude arvestamine

Tootmiskulude osas on mitmekihilised vooluahela tahvlid kindlasti kallimad kui sama PCB -alaga ühe- ja kahekihiliste vooluahelate ja mida rohkem kihid, seda suurem on kulud. Kui kaaluda vooluahela funktsioonide ja vooluahela miniaturiseerimise realiseerimist, tuleks signaali terviklikkuse, EML, EMC ja muude jõudlusnäitajate tagamiseks kasutada võimalikult palju kihilisi vooluahelaid. Üldiselt ei ole mitmekihiliste vooluahelate ning ühekihiliste ja kahekihiliste vooluahelate kulude erinevus oodatust palju suurem