超强PCB布线设计经验谈附原理图一-Mipaper.PDF

专业电子论坛: h p: // bbs . cepa r k. com 超强PCB 布线设计经验谈附原理图 (一） 在当今激烈竞争的电池供电市场中，由于成本指标限制，设计人员常常使用双面板。尽管多 层板(4层、6 层及8 层)方案在尺寸、噪声和性能方面具有明显优势，成本压力却促使工程 师们重新考虑其布线策略，采用双面板。在本文中，我们将讨论自动布线功能的正确使用和 错误使用，有无地平面 电流回路的设计策略，以及对双面板元件布局的建议。 自动布线的优缺点以及模拟电路布线的注意事项 设计PCB ，往往很想使用自动布线。通常，纯数字的电路板(尤其信号电平比较低， 电路密度比较小 )采用自动布线是没有问题的。但是，在设计模拟、混合信号或高速电路 板 ，如果采用布线软件的自动布线工具，可能会出现一些问题，甚至很可能带来严重的电 路性能问题。 例如，图1 中显示了一个采用自动布线设计的双面板的顶层。此双面板的底层如图2 所示，这些布线层的电路原理图如图3a 和图3b 所示。设计此混合信号电路板 ，经仔细考 虑，将器件手工放在板上，以便将数字和模拟器件分开放置。 采用这种布线方案 ，有几个方面需要注意，但最麻烦的是接地。如果在顶层布地线， 则顶层的器件都通过走线接地。器件还在底层接地，顶层和底层的地线通过电路板最右 的 过孔连接。当检查这种布线策略 ，首先发现的弊端是存在多个地环路。另外，还会发现底 层的地线返回路径被水平信号线隔断了。这种接地方案的可取之处是，模拟器件(12 位A/D 转换器MCP3202 和2.5V 参考电压源MCP4125)放在电路板的最右 ，这种布局确保了这些模 拟芯片下面不会有数字地信号经过。 图3a 和图3b 所示电路的手工布线如图4、图5 所示。在手工布线 ，为确保正确实现 电路，需要遵循一些通用的设计准则：尽量采用地平面作为电流回路；将模拟地平面和数字 地平面分开；如果地平面被信号走线隔断，为降低对地电流回路的干扰，应使信号走线与地 平面垂直；模拟电路尽量靠近电路板边缘放置，数字电路尽量靠近电源连接端放置，这样做 可以降低由数字开关引起的di/dt 效应。 这两种双面板都在底层布有地平面，这种做法是为了方便工程师解决问题，使其可快速 明了电路板的布线。厂商的演示板和评估板通常采用这种布线策略。但是，更为普遍的做法 是将地平面布在电路板顶层，以降低电磁干扰。 推荐专业网站: h p: //www. cepa r k. com 专业电子论坛: h p: // bbs . cepa r k. com 图1 采用自动布线为图3 所示电路原理图设计的电路板的顶层 图2 采用自动布线为图3 所示电路原理图设计的电路板的底层 推荐专业网站: h p: //www. cepa r k. com 专业电子论坛: h p: // bbs . cepa r k. com 图3a 图1、图2、图4 和图5 中布线的电路原理图 图3b 图1、图2、图4 和图5 中布线的模拟部分电路原理图 有无地平面 的电流回路设计 推荐专业网站: h p: //www. cepa r k. com 专业电子论坛: h p: // bbs . cepa r k. com 对于电流回路，需要注意如下基本事项： 1. 如果使用走线，应将其尽量加粗 PCB 上的接地连接如要考虑走线 ，设计应将走线尽量加粗。这是一个好的经验法则， 但要知道，接地线的最小宽度是从此点到末端的有效宽度，此处“末端”指距离电源连接端 最远的点。 2. 应避免地环路 3. 如果不能采用地平面，应采用星形连接策略(见图6) 通过这种方法，地电流独 返回电源连接端。图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 条和第5 条准则，是可以这样做的。 4. 数字电流不应流经模拟器件 数字器件开关 ，回路中的数字电流相当大，但只是瞬 的，这种现象是由地线的有效 感抗和阻抗引起的。对于地平面或接地走线的感抗部分，计算公式为V = Ldi/dt，其中V 是产生的电压，L 是地平面或接地走线