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2021年度超强PCB布线设计经验谈附原理图.doc


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2021年度超强PCB布线设计经验谈附原理图.doc
文档介绍:
超强PCB布线设计经验谈附原理图
星期一, 08/30/ - 10:38 — 技术编辑


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超强PCB布线设计经验谈附原理图(一)
在当今猛烈竞争电池供电 市场中, 因为成本指标限制, 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、 噪声和性能方面含有显著优势, 成本压力却促进工程师们重 新考虑其布线策略, 采取双面板。 在本文中, 我们将讨论自动布线功效正确使用和错误使用, 有没有地平面时电流回路设计策略, 和对双面板元件布局提议。
自动布线优缺点和模拟电路布线注意事项
设计PCB时, 往往很想使用自动布线。 通常, 纯数字电路板(尤其信号电平比较低, 电路密度比较小时)采取自动布线是没有问题。 不过, 在设计模拟、 混合信号或高速电路板时, 假如采取布线软件自动布线工具, 可能会出现部分问题, 甚至很可能带来严重电路性能问题。
比如, 图1中显示了一个采取自动布线设计双面板顶层。 此双面板底层图2所表示, 这些布线层电路原理图图3a和图3b所表示。 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, 方便将数字和模拟器件分开放置。
采取这种布线方案时, 有多个方面需要注意, 但最麻烦是接地。 假如在顶层布地线, 则顶层器件全部经过走线接地。 器件还在底层接地, 顶层和底层地线经过 电路板最右侧过孔连接。 当检验这种布线策略时, 首先发觉弊端是存在多个地环路。 另外, 还会发觉底层地线返回路径被水平信号线隔断了。 这种接地方案 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所表示电路手工布线图4、 图5所表示。 在手工布线时, 为确保正确实现电路, 需要遵照部分通用设计 准则: 尽可能采取地平面作为电流回路; 将模拟地平面和数字地平面分开; 假如地平面被信号走线隔断, 为降低对地电流回路干扰, 应使信号走线和地平面垂直; 模 拟电路尽可能靠近电路板边缘放置, 数字电路尽可能靠近电源连接端放置, 这么做能够降低由数字开关引发di/dt效应。
这两种双面板全部在底层布有地平面, 这种做法是为了方便工程师处理问题, 使其可快速明了电路板布线。 厂商演示板和评定板通常采取这种布线策略。 不过, 更为普遍做法是将地平面布在电路板顶层, 以降低电磁干扰。

图1 采取自动布线为图3所表示电路原理图设计电路板顶层


图2 采取自动布线为图3所表示电路原理图设计电路板底层


图3a 图1、 图2、 图4和图5中布线电路原理图

图3b 图1、 图2、 图4和图5中布线模拟部分电路原理图
有没有地平面时电流回路设计

对于电流回路, 需要注意以下基础事项:
1. 假如使用走线, 应将其尽可能加粗
PCB上接地连接如要考虑走线时, 设计应将走线尽可能加粗。 这是一个好经验法则, 但要知道, 接地线最小宽度是以后点到末端有效宽度, 此处“末端”指距离电源连接端最远点。
2. 应避免地环路
3. 假如不能采取地平面, 应采取星形连接策略(见图6)
经过这种方法, 地电流独立返回电源连接端。 图6中, 注意到并非全部器件全部有自己回路, U1和U2是共用回路。 如遵照以下第4条和第5条准则, 是能够这么做。
4. 数字电流不应流经模拟器件
数字器件开关时, 回路中数字电流相当大, 但只是瞬时, 这种现象是由地线有效感抗和阻抗引发。 对于地平面或接地走线感抗部分, 计算公式为V = Ldi/dt, 其中V是产生电压, L是地平面或接地走线感抗, di是数字器件电流改变, dt是连续时间。 对地线阻抗部分影响, 其计算公式为V= RI, 其中, V是产生电压, R是地平面或接地走线阻抗, I是由数字器件引发电流改变。 经过模拟器件地平面或接地走线上这些电压改变, 将改变信号链中信 号和地之间关系(即信号对地电压)。
5. 高速电流不应流经低速器件
和上述类似, 高速电路地返回信号也会 造成地平面电压发生改变。 此干扰计算公式和上述相同, 对于地平面或接地走线感抗, V = Ldi/dt ; 对于地平面或接地走线阻抗, V = RI 。 和数字电流一样, 高速电路地平面或接地走线经过模拟器件时, 地线上电压改变会改变信号链中信号和地之间关系。


图4 采取手工走线为图3所表示电路原理图设计电路板顶层

图5 采取手工走线为图3所表示电路原理图设计电路板底层


图6 假如不能采取地平面, 能够采取“星形”布线策略来处理电流回路

图7 分隔开
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