pcb布線設計經(jīng)驗談

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1、PCB布線設計經(jīng)驗談-----------------------Page1-----------------------一、探索雙層板布線技藝電池供電產(chǎn)品的競爭市場中，考慮目標成本相對的重要。多層板解決方案更是工程師在設計時必需的重要考慮。本文將探討雙層板的布線方式，使用自動布線與手工布線來做模擬與混合信號電路布線的差別，如何安排接地回路等。以電池供電產(chǎn)品之高度競爭市場中，當考慮目標成本時總是要求設計者在設計中使用雙層電路板。雖然多層板（四層、六層以及八層）的解決方式無論在尺寸、噪聲，以及性能上都可以做得更好，但成本壓力迫使工程師必須盡量使用

2、雙層板。在本文中將討論使用或不用自動布線、有或沒有接地面的電流返回路徑的概念，以及關(guān)于雙層板零件的布置方式。使用自動布線器來設計印刷電路板（PCB）是吸引人的。大多數(shù)的情形下，自動布線對純數(shù)字的電路（尤其是低頻率信號且低密度的電路）的動作不至于會有問題。但當嘗試使用布線軟件提供的自動布線工具做模擬、混合訊號或高速電路的布線時，可能會出現(xiàn)一些問題，而且有可能造成極嚴重的電路性能問題。例如，(圖一)所示為雙層板自動走線的上層，(圖二)為電路板的下層。對混合訊號電路的布線而言，各種裝置都是經(jīng)過周詳?shù)目紤]后才以人工方式將零件放置到板子上并將數(shù)字與模擬裝

3、置隔開。圖一電路圖的自動走線布在上層圖二電路圖的自動走線布在下層-----------------------Page2-----------------------關(guān)于布線有許多要考慮的事項，但較為困擾的問題是接地方式。假使接地路徑是由上層開始，每個裝置的接地皆經(jīng)由在該層上的拉線連接到地線。對下層的每個裝置而言，是由電路板右邊的貫孔連接到上層而形成接地回路。使用者在檢查布線方式時會看到的紅色旗標表示存在多個接地回路。此外，下層的接地回路被一條水平信號線隔斷。這個接地結(jié)構(gòu)的可取之處只在于模擬裝置（MCP3202；12-bitAD轉(zhuǎn)換器與MCP4

4、125；2.5V參考電壓）是集中在電路板的右邊。該布置可以確保數(shù)字接地訊號不會從這些模擬芯片下經(jīng)過。電路的人工布線請見(圖三)與(圖四)。使用人工布線，要遵守下列的設計指南以確保良好的效果：●將接地設計成一個接地面作為電流返回路徑?！駥⒛M接地面與數(shù)字接地面隔開?！袢绻麩o法避免信號走線與接地放在同一層，將信號線與接地線設計成相互垂直以降低信號線對接地電流回路產(chǎn)生的干擾。●將模擬電路放在電路板的旁邊，數(shù)字電路系統(tǒng)放在最靠近電源處?？山档蛿?shù)字切換δi/δt對模擬電路造成的影響。但須注意的是，這兩片雙層板在電路板的下層都有一個接地面。如此設計是為了讓

5、工程師在做故障排除時可以迅速地看到布線，此種方式常出現(xiàn)在裝置制造商的示范與評估板上。但更典型的做法是在電路板的上層鋪上接地面，以降低電磁干擾（EMI）。圖三電路圖的人工走線布在線層圖四電路圖的人工走線布線下層-----------------------Page3-----------------------接地面的電流返回路徑的有無處理電流返回路徑時，應該要考慮的基本問題是：(1)假使只使用拉線當?shù)鼐€，盡可能加寬拉線﹔而如果考慮只用拉線作為電路板的接地線，拉線應該要盡可能的寬。拇指大是很好的標準，但也必須知道接地線的最小寬度是指拉線從該點到末

6、端的有效銅箔寬度，在此「末端」的定義是指離電源連接最遠的一點。(2)避免形成封閉的接地回路。(3)如果沒有接地面，可使用星形連接方式。星形連接的范例如(圖五)所示。圖五如果無法設計成接地面，電流返回路徑可用「星形」布線方式來處理以此種方式，每種裝置的接地電流單獨返回到電源端。使用者會發(fā)現(xiàn)圖五中并非所有裝置都有自己的返回路徑。U1與U2共享返回路徑，允許這樣做的先決條件是須符合下列設計所需注意之要點?！裎鹗箶?shù)字電路通過模擬裝置。數(shù)字電路在切換期間會在地回路上形成相當大的電流但其時間很短。此種現(xiàn)象是由于接地回路的等效電感與電阻而造成。接地面或地線的

7、電感部份，將產(chǎn)生V＝Lδi/δt的壓降，L是接地面或地線的等效電感，δi是來自數(shù)字裝置電流的改變而δt是電流變化的時間。計算接地面或地線等效電阻部份造成的電壓變化是V＝RI，R是接地面或地線的等效電阻，I是數(shù)字裝置的電流變化。這種接地面或地線的電壓變化將影響模擬裝置輸入端與接地間之正常信號?！裎鹗垢咚匐娏魍ㄟ^低速裝置高速電路的接地返回信號在接地面上的變化有類似以上所述的效果，決定這個干擾效果的公式是：對接地面或地線等效電感而言V＝Lδi/δt，而對接地面或地線等效電阻而言V＝RI。當數(shù)字電路或高速電路的接地面或地線穿越過模擬裝置的拉線時，會造成

8、模擬裝置輸入端與接地間信號的改變。不論使用何種技術(shù)，必須設計使得接地返回路徑的等效電阻與電感為最小。如果使用接地面，切斷接地面可能增進或降低電路的性能