非常實用的pcb布線經(jīng)驗談

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1、此文我們將討論自動布線功能的正確使用和錯誤使用，有無地平面時電流回路的設(shè)計策略，以及對雙面板元件布局的建議，歡迎大家踴躍交流。自動布線的優(yōu)缺點以及模擬電路布線的注意事項設(shè)計PCB時，往往很想使用自動布線。通常，純數(shù)字的電路板(尤其信號電平比較低，電路密度比較小時)采用自動布線是沒有問題的。但是，在設(shè)計模擬、混合信號或高速電路板時，如果采用布線軟件的自動布線工具，可能會出現(xiàn)一些問題，甚至很可能帶來嚴(yán)重的電路性能問題。例如，圖1中顯示了一個采用自動布線設(shè)計的雙面板的頂層。此雙面板的底層如圖2所示，這些布線層的電路原理圖如圖3a和圖3b

2、所示。設(shè)計此混合信號電路板時，經(jīng)仔細(xì)考慮，將器件手工放在板上，以便將數(shù)字和模擬器件分開放置。采用這種布線方案時，有幾個方面需要注意，但最麻煩的是接地。如果在頂層布地線，則頂層的器件都通過走線接地。器件還在底層接地，頂層和底層的地線通過電路板最右側(cè)的過孔連接。當(dāng)檢查這種布線策略時，首先發(fā)現(xiàn)的弊端是存在多個地環(huán)路。另外，還會發(fā)現(xiàn)底層的地線返回路徑被水平信號線隔斷了。這種接地方案的可取之處是，模擬器件(12位A/D轉(zhuǎn)換器MCP3202和2.5V參考電壓源MCP4125)放在電路板的最右側(cè)，這種布局確保了這些模擬芯片下面不會有數(shù)字地信號經(jīng)

3、過。圖3a和圖3b所示電路的手工布線如圖4、圖5所示。在手工布線時，為確保正確實現(xiàn)電路，需要遵循一些通用的設(shè)計準(zhǔn)則：盡量采用地平面作為電流回路；將模擬地平面和數(shù)字地平面分開；如果地平面被信號走線隔斷，為降低對地電流回路的干擾，應(yīng)使信號走線與地平面垂直；模擬電路盡量靠近電路板邊緣放置，數(shù)字電路盡量靠近電源連接端放置，這樣做可以降低由數(shù)字開關(guān)引起的di/dt效應(yīng)。這兩種雙面板都在底層布有地平面，這種做法是為了方便工程師解決問題，使其可快速明了電路板的布線。廠商的演示板和評估板通常采用這種布線策略。但是，更為普遍的做法是將地平面布在電路

4、板頂層，以降低電磁干擾。圖1采用自動布線為圖3所示電路原理圖設(shè)計的電路板的頂層圖2采用自動布線為圖3所示電路原理圖設(shè)計的電路板的底層圖3a圖1、圖2、圖4和圖5中布線的電路原理圖圖3b圖1、圖2、圖4和圖5中布線的模擬部分電路原理圖有無地平面時的電流回路設(shè)計對于電流回路，需要注意如下基本事項：1.如果使用走線，應(yīng)將其盡量加粗PCB上的接地連接如要考慮走線時，設(shè)計應(yīng)將走線盡量加粗。這是一個好的經(jīng)驗法則，但要知道，接地線的最小寬度是從此點到末端的有效寬度，此處“末端”指距離電源連接端最遠(yuǎn)的點。2.應(yīng)避免地環(huán)路3.如果不能采用地平面，應(yīng)

5、采用星形連接策略(見圖6)通過這種方法，地電流獨立返回電源連接端。圖6中，注意到并非所有器件都有自己的回路，U1和U2是共用回路的。如遵循以下第4條和第5條準(zhǔn)則，是可以這樣做的。4.數(shù)字電流不應(yīng)流經(jīng)模擬器件數(shù)字器件開關(guān)時，回路中的數(shù)字電流相當(dāng)大，但只是瞬時的，這種現(xiàn)象是由地線的有效感抗和阻抗引起的。對于地平面或接地走線的感抗部分，計算公式為V=Ldi/dt，其中V是產(chǎn)生的電壓，L是地平面或接地走線的感抗，di是數(shù)字器件的電流變化，dt是持續(xù)時間。對地線阻抗部分的影響，其計算公式為V=RI,其中，V是產(chǎn)生的電壓，R是地平面或接地走線

6、的阻抗，I是由數(shù)字器件引起的電流變化。經(jīng)過模擬器件的地平面或接地走線上的這些電壓變化，將改變信號鏈中信號和地之間的關(guān)系(即信號的對地電壓)。5.高速電流不應(yīng)流經(jīng)低速器件與上述類似，高速電路的地返回信號也會造成地平面的電壓發(fā)生變化。此干擾的計算公式和上述相同，對于地平面或接地走線的感抗，V=Ldi/dt；對于地平面或接地走線的阻抗，V=RI。與數(shù)字電流一樣，高速電路的地平面或接地走線經(jīng)過模擬器件時，地線上的電壓變化會改變信號鏈中信號和地之間的關(guān)系。圖4采用手工走線為圖3所示電路原理圖設(shè)計的電路板的頂層圖5采用手工走線為圖3所示電路原

7、理圖設(shè)計的電路板的底層圖6如果不能采用地平面，可以采用“星形”布線策略來處理電流回路圖7分隔開的地平面有時比連續(xù)的地平面有效，圖b)接地布線策略比圖a)的接地策略理想6.不管使用何種技術(shù)，接地回路必須設(shè)計為最小阻抗和容抗7.如使用地平面，分隔開地平面可能改善或降低電路性能，因此要謹(jǐn)慎使用分開模擬和數(shù)字地平面的有效方法如圖7所示圖7中，精密模擬電路更靠近接插件，但是與數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和電源電路的開關(guān)電流隔離開了。這是分隔開接地回路的非常有效的方法，我們在前面討論的圖4和圖5的布線也采用了這種技術(shù)。工程領(lǐng)域中的數(shù)字設(shè)計人員和數(shù)字電路板設(shè)計專家

8、在不斷增加，這反映了行業(yè)的發(fā)展趨勢。盡管對數(shù)字設(shè)計的重視帶來了電子產(chǎn)品的重大發(fā)展，但仍然存在，而且還會一直存在一部分與模擬或現(xiàn)實環(huán)境接口的電路設(shè)計。模擬和數(shù)字領(lǐng)域的布線策略有一些類似之處，但要獲得更好的結(jié)果時，由于其布線策略不同，簡單電路布線設(shè)計就