PCB布线设计（一）

thinkfunny

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，有无地平面时电流回路的设计策略，以及对双面板元件布局的建议。
/ M8 z( D3 }! k: c3 Z$ ?$ X0 Z
: }5 l8 s& W9 k; k

自动布线的优缺点以及模拟电路布线的注意事项

　　设计PCB时，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，电路密度比较小时)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时，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。
0 V  c4 i! _9 N
( I" m/ D, A0 X' w+ O　　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时，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。
6 |' r5 d) |* ?/ v% M9 F
　　采用这种布线方案时，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侧的过孔连接。当检查这种布线策略时，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)放在电路板的最右侧，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。在手工布线时，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。
# o8 p# P; E  w9 ^+ D) L" y
" h' E" r1 v) u$ m- u　　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。

　

+ K! x$ \, O: u) `# o6 ]8 I$ T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
* ]/ x8 I/ J% B/ Y% p. b
! F. }7 @8 Y& D# O　
0 ~# K0 G8 H5 w) a( H& ^* J2 \5 k
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
. I- ~1 O, g7 Y- m$ B; }6 d7 Y* S
　

图3a 图1、图2、图4和图5中布线的电路原理图

　
7 l1 N2 _6 Z9 G$ a8 H1 k$ N' Y
* P& l1 |5 u; d/ c0 l0 \! O! z图3b 图1、图2、图4和图5中布线的模拟部分电路原理图
) v) m0 o. E: B' u, o' g8 }
! M9 h: r+ }; ~. Z0 ^& N3 L　
8 ]' U- Q6 ^) w/ l" w
3 f2 T9 W3 r1 C$ B　
有无地平面时的电流回路设计

　
' J1 P9 N# I/ t- W- d+ i
, I' d" O6 D' f( ?6 Y; ?: `　　对于电流回路，需要注意如下基本事项：

" w+ c+ V8 D# T3 W$ `+ z　　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时，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。
! t; n$ p6 L  o1 L
. W4 q+ ?. Q9 h7 z4 i　　2. 应避免地环路

% }: s2 G* R* H( K& R　　3. 如果不能采用地平面，应采用星形连接策略(见图6)
7 n5 e( k& v4 C" o5 O, m- D: W
, e0 I" [% A, H0 ^$ ~- ?/ H8 `' K# Q9 l　　通过这种方法，地电流独立返回电源连接端。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。

& S2 r! x, Q. I8 g- n+ u4 S/ g. F9 X　　4. 数字电流不应流经模拟器件
/ t8 m: o/ \. ]( }2 E
' r5 d% ^- W) |0 F- h/ t! D　　数字器件开关时，回路中的数字电流相当大，但只是瞬时的，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的感抗，di是数字器件的电流变化，dt是持续时间。对地线阻抗部分的影响，其计算公式为V= RI, 其中，V是产生的电压，R是地平面或接地走线的阻抗，I是由数字器件引起的电流变化。经过模拟器件的地平面或接地走线上的这些电压变化，将改变信号链中信号和地之间的关系(即信号的对地电压)。

4 S7 }' s  B2 \6 M　　5. 高速电流不应流经低速器件
" J, ]9 _7 r' c  y
　　与上述类似，高速电路的地返回信号也会造成地平面的电压发生变化。此干扰的计算公式和上述相同，对于地平面或接地走线的感抗，V = Ldi/dt ；对于地平面或接地走线的阻抗，V = RI 。与数字电流一样，高速电路的地平面或接地走线经过模拟器件时，地线上的电压变化会改变信号链中信号和地之间的关系。
9 e- o9 o% [  R: a1 w
4 ?4 N; j9 Q7 L　
  R* h1 B7 Q: G3 t" t2 \. x$ e4 z
& s; P) c$ r1 [2 b& [1 k) Z图4 采用手工走线为图3所示电路原理图设计的电路板的顶层

　

0 n3 u+ B5 a, Y) x0 ^图5 采用手工走线为图3所示电路原理图设计的电路板的底层

8 o8 l: m# {' _, Z0 o　
% l" ~1 p! y! r! p8 J
" H9 L% c8 V5 X( F5 i  ]9 s  a图6 如果不能采用地平面，可以采用“星形”布线策略来处理电流回路

" I3 a! |8 Y% _2 H, p　
图7 分隔开的地平面有时比连续的地平面有效，图b)接地布线策略比图a) 的接地策略理想

* q/ K* A4 w( b- B6 J　

& c9 U  }3 K+ [3 N! [- F0 m4 s　　6. 不管使用何种技术，接地回路必须设计为最小阻抗和容抗
8 G, v- N& a8 g0 w4 h
4 G, `9 A& [" \6 G; E: p- H　　7. 如使用地平面，分隔开地平面可能改善或降低电路性能，因此要谨慎使用
* P( z$ `2 G  L
　　分开模拟和数字地平面的有效方法如图7所示
7 `$ k( H6 D) u
# \. O' ]# i. L. k% C% b/ T　　图7中，精密模拟电路更靠近接插件，但是与数字网络和电源电路的开关电流隔离开了。这是分隔开接地回路的非常有效的方法，我们在前面讨论的图4和图5的布线也采用了这种技术。
8 U, V5 N! u1 D9 t" I
  J# b0 L! `, b3 X% `) t$ D
9 h# ?, n3 m$ R7 |6 A
% B" m, ^5 H2 J- V+ a6 F

regngfpcb

PCB布线设计

brightjeep

+ F1 E3 O* ^6 W/ _' OPCB布线设计

随风飘远

学习学习,谢谢分享

zycman

好资料，谢谢分享，学习一下
% n0 B! U# z) d  \1 O; S  t6 |7 M