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15年的電子工程師PCB設計經(jīng)驗之談

2022-08-27 15:00:00 徐繼 220

pcba


布局

在設計中,布局是一個重要的環(huán)節(jié)。布局結果的好壞將直接影響布線的效果,因此可以這樣認為,合理的布局是PCB設計成功的第一步。

尤其是預布局,是思考整個電路板,信號流向、散熱、結構等架構的過程。如果預布局是失敗的,后面的再多努力也是白費。

 

1、考慮整體

一個產(chǎn)品的成功與否,一是要注重內(nèi)在質(zhì)量,二是兼顧整體的美觀,兩者都較完美才能認為該產(chǎn)品是成功的。

在一個PCB板上,元件的布局要求要均衡,疏密有序,不能頭重腳輕或一頭沉。

PCB是否會有變形?

是否預留工藝邊?

是否預留MARK點?

是否需要拼板?

多少層板,可以保證阻抗控制、信號屏蔽、信號完整性、經(jīng)濟性、可實現(xiàn)性?

 

2、排除低級錯誤

印制板尺寸是否與加工圖紙尺寸相符?能否符合PCB制造工藝要求?有無定位標記?

元件在二維、三維空間上有無沖突?

元件布局是否疏密有序,排列整齊?是否全部布完?

需經(jīng)常更換的元件能否方便地更換?插件板插入設備是否方便?

熱敏元件與發(fā)熱元件之間是否有適當?shù)木嚯x?

調(diào)整可調(diào)元件是否方便?

在需要散熱的地方,裝了散熱器沒有?空氣流是否通暢?

信號流程是否順暢且互連最短?

插頭、插座等與機械設計是否矛盾?

線路的干擾問題是否有所考慮?  

 

3、旁路或去耦電容

在布線時,模擬器件和數(shù)字器件都需要這些類型的電容,都需要靠近其電源引腳連接一 個旁路電容,此電容值通常為 0.1μF。引腳盡量短,減小走線的感抗,且要盡量靠近器件。

在電路板上加旁路或去耦電容,以及這些電容在板上的布置,對于數(shù)字和模擬設計來說 都屬于基本常識,但其功能卻是有區(qū)別的。在模擬布線設計中旁路電容通常用于旁路電源上的高頻信號,如果不加旁路電容,這 些高頻信號可能通過電源引腳進入敏感的模擬芯片。一般來說,這些高頻信號 的頻率超出 模擬器件抑制高頻信號的能力。如果在模擬電路中不使用旁路電容的話,就可能在信號路徑 上引入噪聲,更嚴重的情況甚至會引起振動。而對于控制器和處理器這樣的數(shù)字器件 來說,同樣需要去耦電容,但原因不同。這些 電容的一個功能是用作“微型”電荷庫,這是因為在數(shù)字電路中,執(zhí)行門狀態(tài)的切換(即開關 切換)通常需要很大的電 流,當開關時芯片上產(chǎn)生開關瞬態(tài)電流并流經(jīng)電路板,有這額外的 “備用”電荷是有利的。如果執(zhí)行開關動作時沒有足夠的電荷,會造成電源電壓發(fā)生很大變化。電 壓變化太大,會導致數(shù)字信號電平進入不確定狀態(tài),并很可能引起數(shù)字器件中的狀態(tài)機錯誤運行。流經(jīng)電路板走線的開關電流將引起電壓發(fā)生變化,由于電路板走線 存在寄生電 感,則可采用如下公式計算電壓的變化:V=Ldl/dt 其中 V=電壓的變化 L=電路板走線感抗 dI=流經(jīng)走線的電流變化 dt=電流變化的時間 因此,基于多種原因,在供電電源處或有源器件的電源引腳處施加旁路(或去耦)電容是 非常好的做法。

 

4、輸入電源,如果電流比較大,建議減少走線長度和面積,不要滿場跑

輸入上的開關噪聲耦合到了電源輸出的平面。輸出電源的MOS管的開關噪聲影響了前級的輸入電源。

如果電路板上存在大量大電流DCDC,則有不同頻率,大電流高電壓跳變干擾。

所以我們需要減小輸入電源的面積,滿足通流就可以。所以在電源布局的時候,要考慮避免輸入電源滿板跑。

 

5、電源線和地線

電源線和地線的位置良好配合,可以降低電磁干擾(EMl)的可能性。如果電源線和地線 配合不當,會設計出系統(tǒng)環(huán)路,并很可能會產(chǎn)生噪聲。電源線和地線配 合不當?shù)?PCB 設計 示例如圖所示。在此電路板上,使用不同的路線來布電源線和地線,由于這種不恰當?shù)呐浜希娐钒宓碾娮釉骷途€路受電磁干擾 (EMI)的可能性比較大。

 

6、數(shù)模分離

在每個 PCB 設計中,電路的噪聲部分和“安靜”部分(非噪聲部分)要分隔開。一般來說,數(shù)字電路可以容忍噪聲干擾,而且對噪聲不敏感(因為數(shù)字電 路有較大的電壓噪聲容限);相反,模擬電路的電壓噪聲容限就小得多。兩者之中,模擬電路對開關噪聲最為敏感。在混合信號系統(tǒng)的布線中,這兩種電路要分隔開。

電路板布線的基本知識既適用于模擬電路,也適用于數(shù)字電路。一個基本的經(jīng)驗準則是 使用不間斷的地平面,這一基本準則可降低了數(shù)字電路中的 dI/dt(電流隨時間的變化)效應, 因為 dI/dt 效應會造成地的電勢并使噪聲進入模擬電路。數(shù)字和模擬電路的布線技巧基本相同,但有一點除外。對于模擬電路,還要另外一點 需要注意,就是要將數(shù)字信號線和地平面中的回路盡量遠離模擬電路。這一點 可以通過如下做法來實現(xiàn):將模擬地平面單獨連接到系統(tǒng)地連接端,或者將模擬電路放置在電路板的最 遠端,也就是線路的末端。這樣做是為了保持信號路徑所受到 的外部干擾最小。對于數(shù)字 電路就不需要這樣做,數(shù)字電路可容忍地平面上的大量噪聲,而不會出現(xiàn)問題。

 

7、散熱考慮

在布局過程中,需要考慮散熱風道,散熱死角;

熱敏感器件不要放在熱源風后面。優(yōu)先考慮DDR這樣散熱困難戶的布局位置。避免由于熱仿真不通過,導致反復調(diào)整。

 

布線

在PCB設計中,布線是完成產(chǎn)品設計的重要步驟,可以說前面的準備工作都是為它而做的,在整個PCB中,以布線的設計過程限定最高,技巧最細、工作量最大。  

PCB布線有單面布線、雙面布線及多層布線。布線的方式也有兩種:自動布線及交互式布線,在自動布線之前, 可以用交互式預先對要求比較嚴格的線進行布線,輸入端與輸出端的邊線應避免相鄰平行,以免產(chǎn)生反射干擾。必要時應加地線隔離,兩相鄰層的布線要互相垂直,平行容易產(chǎn)生寄生耦合。

自動布線的布通率,依賴于良好的布局,布線規(guī)則可以預先設定, 包括走線的彎曲次數(shù)、導通孔的數(shù)目、步進的數(shù)目等。一般先進行探索式布經(jīng)線,快速地把短線連通,然后進行迷宮式布線,先把要布的連線進行全局的布線路徑優(yōu)化,它可以根據(jù)需要斷開已布的線。并試著重新再布線,以改進總體效果。

對目前高密度的PCB設計已感覺到貫通孔不太適應了, 它浪費了許多寶貴的布線通道,為解決這一矛盾,出現(xiàn)了盲孔和埋孔技術,它不僅完成了導通孔的作用,還省出許多布線通道使布線過程完成得更加方便,更加流暢,更為完善,PCB 板的設計過程是一個復雜而又簡單的過程,要想很好地掌握它,還需廣大電子工程設計人員去自已體會,才能得到其中的真諦。

 

1、電源、地線的處理

既使在整個PCB板中的布線完成得都很好,但由于電源、 地線的考慮不周到而引起的干擾,會使產(chǎn)品的性能下降,有時甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以對電、地線的布線要認真對待,把電、地線所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度,以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

對每個從事電子產(chǎn)品設計的工程人員來說都明白地線與電源線之間噪音所產(chǎn)生的原因, 現(xiàn)只對降低式抑制噪音作以表述:

(1)、眾所周知的是在電源、地線之間加上去耦電容。

(2)、盡量加寬電源、地線寬度,最好是地線比電源線寬,它們的關系是:地線>電源線>信號線,通常信號線寬為:0.2~0.3mm,最經(jīng)細寬度可達0.05~0.07mm,電源線為1.2~2.5 mm

對數(shù)字電路的PCB可用寬的地導線組成一個回路, 即構成一個地網(wǎng)來使用(模擬電路的地不能這樣使用)

(3)、用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用?;蚴亲龀啥鄬影澹娫?,地線各占用一層。

 

2、數(shù)字電路與模擬電路的共地處理

現(xiàn)在有許多PCB不再是單一功能電路(數(shù)字或模擬電路),而是由數(shù)字電路和模擬電路混合構成的。因此在布線時就需要考慮它們之間互相干擾問題,特別是地線上的噪音干擾。

數(shù)字電路的頻率高,模擬電路的敏感度強,對信號線來說,高頻的信號線盡可能遠離敏感的模擬電路器件,對地線來說,整人PCB對外界只有一個結點,所以必須在PCB內(nèi)部進行處理數(shù)、模共地的問題,而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實際上是分開的它們之間互不相連,只是在PCB與外界連接的接口處(如插頭等)。數(shù)字地與模擬地有一點短接,請注意,只有一個連接點。也有在PCB上不共地的,這由系統(tǒng)設計來決定。

 

3、信號線布在電(地)層上

在多層印制板布線時,由于在信號線層沒有布完的線剩下已經(jīng)不多,再多加層數(shù)就會造成浪費也會給生產(chǎn)增加一定的工作量,成本也相應增加了,為解決這個矛盾,可以考慮在電(地)層上進行布線。首先應考慮用電源層,其次才是地層。因為最好是保留地層的完整性。

 

4、大面積導體中連接腿的處理

在大面積的接地(電)中,常用元器件的腿與其連接,對連接腿的處理需要進行綜合的考慮,就電氣性能而言,元件腿的焊盤與銅面滿接為好,但對元件的焊接裝配就存在一些不良隱患如:①焊接需要大功率加熱器。②容易造成虛焊點。所以兼顧電氣性能與工藝需要,做成十字花焊盤,稱之為熱隔離(heat shield)俗稱熱焊盤(Thermal),這樣,可使在焊接時因截面過分散熱而產(chǎn)生虛焊點的可能性大大減少。多層板的接電(地)層腿的處理相同。

 

5、布線中網(wǎng)絡系統(tǒng)的作用

在許多CAD系統(tǒng)中,布線是依據(jù)網(wǎng)絡系統(tǒng)決定的。網(wǎng)格過密,通路雖然有所增加,但步進太小,圖場的數(shù)據(jù)量過大,這必然對設備的存貯空間有更高的要求,同時也對象計算機類電子產(chǎn)品的運算速度有極大的影響。而有些通路是無效的,如被元件腿的焊盤占用的或被安裝孔、定們孔所占用的等。網(wǎng)格過疏,通路太少對布通率的影響極大。所以要有一個疏密合理的網(wǎng)格系統(tǒng)來支持布線的進行。

標準元器件兩腿之間的距離為0.1英寸(2.54mm),所以網(wǎng)格系統(tǒng)的基礎一般就定為0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍數(shù),如:0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

 

6、設計規(guī)則檢查(DRC)

布線設計完成后,需認真檢查布線設計是否符合設計者所制定的規(guī)則,同時也需確認所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求,一般檢查有如下幾個方面:

(1)、線與線,線與元件焊盤,線與貫通孔,元件焊盤與貫通孔,貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理,是否滿足生產(chǎn)要求。

(2)、電源線和地線的寬度是否合適,電源與地線之間是否緊耦合(低的波阻抗)?在PCB中是否還有能讓地線加寬的地方。

(3)、對于關鍵的信號線是否采取了最佳措施,如長度最短,加保護線,輸入線及輸出線被明顯地分開。

(4)、模擬電路和數(shù)字電路部分,是否有各自獨立的地線。

(5)后加在PCB中的圖形(如圖標、注標)是否會造成信號短路。

(6)對一些不理想的線形進行修改。

(7)、在PCB上是否加有工藝線?阻焊是否符合生產(chǎn)工藝的要求,阻焊尺寸是否合適,字符標志是否壓在器件焊盤上,以免影響電裝質(zhì)量。

(8)、多層板中的電源地層的外框邊緣是否縮小,如電源地層的銅箔露出板外容易造成短路。

 

7、檢查是否有銳角、阻抗不連續(xù)點等

(1)對于高頻電流來說,當導線的拐彎處呈現(xiàn)直角甚至銳角時,在靠近彎角的部位,磁通密度及電場強度都比較高,會輻射較強的電磁波,而且此處的電感量會比較大,感抗便也比鈍角或圓角要大一些。

(2)對于數(shù)字電路的總線布線來說,布線拐彎呈現(xiàn)鈍角或圓角,布線所占的面積比較小。在相同的線間距條件下,總的線間距所占的寬度要比直角拐彎的少0.3倍。

 

8、檢查3W、3H原則

(1)時鐘、復位、100M以上信號以及一些關鍵的總線信號等與其他信號線布線必須滿足3W原則,同層和相鄰層無較長平行走線,且鏈路上過孔盡量少。

(2)高速信號的過孔數(shù)量問題,有些器件指導書上一般對高速信號的過孔數(shù)量要求比較嚴格,咨詢互連的原則的是除了必須的管腳fanout過孔外,嚴禁在內(nèi)層打多余的過孔,他們布過8G的PCIE 3.0的走線,也打過4個過孔,沒有問題。

 (3)同層時鐘及高速信號中心距需嚴格滿足3H(H為走線層到回流平面間距);相鄰層的信號嚴禁重疊,建議也滿足3H的原則,關于上述的串擾問題,有工具可以檢查的。

 

布線約束

布線約束:層分布布線約束:層分布

RF PCB的每層都大面積輔地,沒有電源平面,RF布線層的上下相鄰兩層都應該是地平面。即使是數(shù)?;旌习澹瑪?shù)字部分可以存在電源平面,但RF區(qū)域仍然要滿足每層都大面積輔地的要求。

 

布線約束:基本要求

(1)走線要求盡量最短,不走閉環(huán),不走銳角直角,線的寬度一致,沒有浮空線。

(2)焊盤的出線方式要合理。

(3)差分信號線一般都是走的高速信號,其要滿足阻抗的對稱性,差分線不能交叉走線,線長相差不能超過100mil,差分線之間和單個差分線到地之間都要滿足阻抗要求。差分走線過孔不能超過4個。差分線對間的間距滿足3W規(guī)則。

(4)一般晶振、pll濾波器件、模擬處理信號處理芯片、電感、變壓器下禁止走時鐘線、控制線、電磁敏感線。

(5)模擬信號與數(shù)字信號,電源線與控制信號線,弱信號與其他任何信號都不能并排走線,應該分層(最好有地隔離)或相距較遠走線。如果分層相鄰層的線與線之間要交叉走線,不能并行走線。為了減少線間串擾,應保證線間距足夠大,當線中心間距不少于3倍線寬時,則可保持70%的電場不互相干擾,稱為3W規(guī)則。如要達到98%的電場不互相干擾,可使用10W的間距。

注:時鐘布線的時候,一定要注意和數(shù)據(jù)線、控制信號線的有效隔離,距離越遠越好,盡可能不要布在同層。

(6)強輻射信號線(高頻、高速,尤以時鐘線為甚)不要靠近接口、拉手條等以防對外輻射。

(7)敏感信號(主要指:弱信號、復位信號、比較器的輸入信號、AD的參考電源、鎖相環(huán)濾波信號、芯片內(nèi)部的PLL電路的濾波部分。)布線應該盡可能短,不靠近強輻射信號,不放在板的邊緣,離外金屬框架15mm以上。長距離走線時可以包地(應注意包地可能會引起阻抗變化)、內(nèi)層走線。另外,對于ESD較弱的芯片的走線,建議內(nèi)層走線,可以減弱芯片損壞的概率。

 

布線約束:電源

(1)注意電源退耦、濾波,防止不同單元通過電源線產(chǎn)生干擾,電源布線時電源線之間應相互隔離。電源線與其它強干擾線(如CLK)用地線隔離。

(2)小信號放大器的電源布線需要地銅皮及接地過孔隔離,避免其它EMI干擾竄入,進而惡化本級信號質(zhì)量。

(3)不同電源層在空間上要避免重疊。主要是為了減少不同電源之間的干擾,特別是一些電壓相差很大的電源之間,電源平面的重疊問題一定要設法避免,難以避免時可考慮中間隔地層。

 

布線約束:電源過流能力

(1)電源部分導線印制線在層間轉接的過孔數(shù)符合通過電流的要求(1A/Ф0.3mm 孔)

(2)PCB的POWER部分的銅箔尺寸符合其流過的最大電流,并考慮余量(一般參考為1A/mm線寬)

 

布線約束:接地方法

(1)接地線要短而直,減少分布電感,減小公共地阻抗所產(chǎn)生的干擾。

調(diào)整各組內(nèi)濾波電容方向,縮小地回路。如圖15所示的三個濾波電容,接地偏向于相關的RF 器件方向,尤其是高頻濾波電容。

(2)RF 主信號路徑上的接地器件和電源濾波電容需要接地時,為減小器件接地電感,要求就近接地。

(3)有些元件的底部是接地的金屬殼,要在元件的投影區(qū)內(nèi)加一些接地孔,投影區(qū)內(nèi)的表面層不得布信號線和過孔;

(4)接地線需要走一定的距離時,應加粗走線線寬、縮短走線長度,禁止接近和超過1/4導引波長,以防止天線效應導致信號輻射;

(5)除特殊用途外,不得有孤立銅皮,銅皮上一定要加地線過孔

(6)對某些敏感電路、有強烈輻射源的電路分別放在屏蔽腔內(nèi),裝配時屏蔽腔壓在PCB表面。PCB在設計時要加上“過孔屏蔽墻”,就是在PCB上與屏蔽腔壁緊貼的部位加上接地的過孔。要有兩排以上的過孔,兩排過孔相互錯開,同一排的過孔間距在100mils左右。

 

布線約束:通用規(guī)則

(1)PCB頂層走RF信號,RF信號下面的平面層必須是完整的接地平面,形成微帶線結構。要保證微帶線的結構完整性,必須做到:同層內(nèi)微帶線要做包地銅皮處理,建議地銅皮邊緣離微帶線邊緣有3H的寬度。H表示介質(zhì)層厚度。在3H范圍內(nèi),不得有其它信號過孔。禁止RF 信號走線跨第二層的地平面縫隙。非耦合微帶線間要加地銅皮,并在地銅皮上加地過孔。微帶線至屏蔽壁距離應保持為3H以上。微帶線不得跨第二層地平面的分割線。

(2)要求地銅皮到信號走線間隔≥3H。

(3)地銅皮邊緣加地線孔,孔間距約在100mils左右,均勻整齊排列;

(4)地線銅皮邊緣要光滑、平整,禁止尖銳毛刺;

(5)除特殊用途外,禁止RF信號走線上伸出多余的線頭。

(6)RF信號布線周圍如果存在其它RF信號線,就要在兩者之間輔地銅皮,并在地銅皮上間隔100mils左右加一個接地過孔,起隔離作用。

(7)RF信號布線周圍如果存在其它不相關的非RF信號(如過路電源線),要在兩者間輔地銅皮,并每隔100mils左右加一個接地過孔。

(8)RF信號過孔與內(nèi)層的其它布線靠近,如左圖所示的過路電源線靠近了RF信號過孔,電源線上的EMI 干擾會竄入RF布線,所以要采用圖14右圖正確的布線方法,在電源線與RF信號過孔間輔地并加地過孔,起隔離作用。有時內(nèi)層的RF信號線與其它有較強干擾的信號(如過路電源線)過孔靠近,也采用同樣的方法輔地并加地過孔。

(9)器件安裝孔是非金屬化孔時,RF 信號布線要遠離器件安裝孔。需要在RF信號布線與安裝孔間輔進地銅皮,并加接地過孔。


1、布線優(yōu)先次序

關鍵信號線優(yōu)先:電源、模擬小信號、高速信號、時鐘信號和同步信號等關鍵信號優(yōu)先布線。

密度優(yōu)先原則:從單板上連接關系最復雜的器件著手布線。從單板上連線最密集的區(qū)域開始布線。


2、自動布線

在布線質(zhì)量滿足設計要求的情況下,可使用自動布線器以提高工作效率,在

自動布線前應完成以下準備工作:

自動布線控制文件(do file)為了更好地控制布線質(zhì)量,一般在運行前要詳細定義布線規(guī)則,這些規(guī)則可以在軟件的圖形界面內(nèi)進行定義,但軟件提供了更好的控制方法,即針對設計情況,寫出自動布線控制文件(do file),軟件在該文件控制下運行。

 

3、盡量為時鐘信號、高頻信號、敏感信號等關鍵信號提供專門的布線層,并保

證其最小的回路面積。 必要時應采取手工優(yōu)先布線、 屏蔽和加大安全間距等方法。保證信號質(zhì)量。

 

4、電源層和地層之間的 EMC 環(huán)境較差,應避免布置對干擾敏感的信號。

 

5、有阻抗控制要求的網(wǎng)絡應布置在阻抗控制層上。

 

6、進行 PCB 設計時應該遵循的規(guī)則

(1) 地線回路規(guī)則:

環(huán)路最小規(guī)則,即信號線與其回路構成的環(huán)面積要盡可能小,環(huán)面積越小,對外的輻射越少,接收外界的干擾也越小。針對這一規(guī)則,在地平面分割時,要考慮到地平面與重要信號走線的分布,防止由于地平面開槽等帶來的問題;在雙層板設計中, 在為電源留下足夠空間的情況下, 應該將留下的部分用參考地填充,且增加一些必要的孔,將雙面地信號有效連接起來,對一些關鍵信號盡量采用地線隔離,對一些頻率較高的設計,需特別考慮其地平面信號回路問題,建議采用多層板為宜。

(2) 串擾控制:

串擾 (CrossTalk)是指 PCB 上不同網(wǎng)絡之間因較長的平行布線引起的相互干擾, 主要是由于平行線間的分布電容和分布電感的作用。克服串擾的主要措施是:

加大平行布線的間距,遵循 3W 規(guī)則。

在平行線間插入接地的隔離線。

減小布線層與地平面的距離。

(3) 屏蔽保護

對應地線回路規(guī)則,實際上也是為了盡量減小信號的回路面積,多見于一些比較重要的信號, 如時鐘信號, 同步信號;對一些特別重要, 頻率特別高的信號,應該考慮采用銅軸電纜屏蔽結構設計,即將所布的線上下左右用地線隔離,而且還要考慮好如何有效的讓屏蔽地與實際地平面有效結合。

(4) 走線的方向控制規(guī)則:

即相鄰層的走線方向成正交結構。避免將不同的信號線在相鄰層走成同一方向,以減少不必要的層間竄擾;當由于板結構限制(如某些背板)難以避免出現(xiàn)該情況,特別是信號速率較高時,應考慮用地平面隔離各布線層,用地信號線隔離各信號線。

(5) 走線的開環(huán)檢查規(guī)則:

一般不允許出現(xiàn)一端浮空的布線(Dangling Line),主要是為了避免產(chǎn)生"天線效應",減少不必要的干擾輻射和接受,否則可能帶來不可預知的結果。

(6) 阻抗匹配檢查規(guī)則:

同一網(wǎng)絡的布線寬度應保持一致,線寬的變化會造成線路特性阻抗的不均勻,當傳輸?shù)乃俣容^高時會產(chǎn)生反射,在設計中應該盡量避免這種情況。在某些條件下,如接插件引出線,BGA 封裝的引出線類似的結構時,可能無法避免線寬的變化,應該盡量減少中間不一致部分的有效長度。

(7) 走線終結網(wǎng)絡規(guī)則:

在高速數(shù)字電路中, 當 PCB 布線的延遲時間大于信號上升時間 (或下降時間)的 1/4 時,該布線即可以看成傳輸線,為了保證信號的輸入和輸出阻抗與傳輸線的阻抗正確匹配,可以采用多種形式的匹配方法,所選擇的匹配方法與網(wǎng)絡的連接方式和布線的拓樸結構有關。

A. 對于點對點(一個輸出對應一個輸入)連接,可以選擇始端串聯(lián)匹配或終端并聯(lián)匹配。前者結構簡單,成本低,但延遲較大。后者匹配效果好,但結構復雜,成本較高。

B. 對于點對多點(一個輸出對應多個輸出)連接,當網(wǎng)絡的拓樸結構為菊花鏈時,應選擇終端并聯(lián)匹配。當網(wǎng)絡為星型結構時,可以參考點對點結構。

星形和菊花鏈為兩種基本的拓撲結構, 其他結構可看成基本結構的變形, 可采取一些靈活措施進行匹配。在實際操作中要兼顧成本、功耗和性能等因素,一般不追求完全匹配,只要將失配引起的反射等干擾限制在可接受的范圍即可。

(8) 走線閉環(huán)檢查規(guī)則:

防止信號線在不同層間形成自環(huán)。在多層板設計中容易發(fā)生此類問題,自環(huán)將引起輻射干擾。

(9) 走線的分枝長度控制規(guī)則:

盡量控制分枝的長度,一般的要求是 Tdelay<=Trise/20。

(10) 走線的諧振規(guī)則:

主要針對高頻信號設計而言,即布線長度不得與其波長成整數(shù)倍關系,以免產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。

(11) 走線長度控制規(guī)則:

即短線規(guī)則,在設計時應該盡量讓布線長度盡量短,以減少由于走線過長帶來的干擾問題,特別是一些重要信號線,如時鐘線,務必將其振蕩器放在離器件很近的地方。對驅(qū)動多個器件的情況,應根據(jù)具體情況決定采用何種網(wǎng)絡拓撲結構。

(12) 倒角規(guī)則:

PCB 設計中應避免產(chǎn)生銳角和直角,以免產(chǎn)生不必要的輻射,同時工藝性能也不好。

(13) 器件去耦規(guī)則:

A. 在印制版上增加必要的去耦電容,濾除電源上的干擾信號,使電源信號穩(wěn)定。在多層板中,對去藕電容的位置一般要求不太高,但對雙層板,去耦電容的布局及電源的布線方式將直接影響到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性,有時甚至關系到設計的成敗。

B. 在雙層板設計中,一般應該使電流先經(jīng)過濾波電容濾波再供器件使用,同時還要充分考慮到由于器件產(chǎn)生的電源噪聲對下游的器件的影響,一般來說,采用總線結構設計比較好,在設計時,還要考慮到由于傳輸距離過長而帶來的電壓跌落給器件造成的影響,必要時增加一些電源濾波環(huán)路,避免產(chǎn)生電位差。

C. 在高速電路設計中,能否正確地使用去耦電容,關系到整個板的穩(wěn)定性。

(14) 器件布局分區(qū)/分層規(guī)則:

A. 主要是為了防止不同工作頻率的模塊之間的互相干擾,同時盡量縮短高頻部分的布線長度。通常將高頻的部分布設在接口部分以減少布線長度,當然,這樣的布局仍然要考慮到低頻信號可能受到的干擾。同時還要考慮到高/低頻部分地平面的分割問題,通常采用將二者的地分割,再在接口處單點相接。

B. 對混合電路,也有將模擬與數(shù)字電路分別布置在印制板的兩面,分別使用不同的層布線,中間用地層隔離的方式。

(15) 孤立銅區(qū)控制規(guī)則:

孤立銅區(qū)的出現(xiàn),將帶來一些不可預知的問題,因此將孤立銅區(qū)與別的信號相接,有助于改善信號質(zhì)量,通常是將孤立銅區(qū)接地或刪除。在實際的制作中,PCB 廠家將一些板的空置部分增加了一些銅箔,這主要是為了方便印制板加工,同時對防止印制板翹曲也有一定的作用。

孤立銅區(qū)的出現(xiàn),將帶來一些不可預知的問題,因此將孤立銅區(qū)與別的信號相接,有助于改善信號質(zhì)量。

通常是將孤立銅區(qū)接地或刪除。在實際的制作中,PCB廠家將一些板的空置部分增加了一些銅箔,這主要是為了方便印制板加工,同時對防止印制板翹曲也有一定的作用。

(16) 電源與地線層的完整性規(guī)則:

對于導通孔密集的區(qū)域,要注意避免孔在電源和地層的挖空區(qū)域相互連接,形成對平面層的分割,從而破壞平面層的完整性,并進而導致信號線在地層的回路面積增大。

(17) 重疊電源與地線層規(guī)則:

不同電源層在空間上要避免重疊。主要是為了減少不同電源之間的干擾,特別是一些電壓相差很大的電源之間,電源平面的重疊問題一定要設法避免,難以避免時可考慮中間隔地層。

(18) 3W 規(guī)則:

為了減少線間串擾, 應保證線間距足夠大, 當線中心間距不少于 3 倍線寬時,

則可保持 70%的電場不互相干擾, 稱為 3W 規(guī)則。如要達到 98%的電場不互相干擾,可使用 10W 的間距。

(19) 20H 規(guī)則:

由于電源層與地層之間的電場是變化的,在板的邊緣會向外輻射電磁干擾。稱為邊沿效應。解決的辦法是將電源層內(nèi)縮, 使得電場只在接地層的范圍內(nèi)傳導。以一個 H(電源和地之間的介質(zhì)厚度)為單位,若內(nèi)縮 20H 則可以將 70%的電場限制在接地層邊沿內(nèi);內(nèi)縮 100H 則可以將 98%的電場限制在內(nèi)。

(20) 五、五規(guī)則:

印制板層數(shù)選擇規(guī)則,即時鐘頻率到 5MHz 或脈沖上升時間小于 5ns,則 PCB板須采用多層板,這是一般的規(guī)則,有的時候出于成本等因素的考慮,采用雙層板結構時,這種情況下,最好將印制板的一面做為一個完整的地平面層。


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