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[導(dǎo)讀]1. 布線優(yōu)先次序 關(guān)鍵信號(hào)線優(yōu)先:電源、摸擬小信號(hào)、高速信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)和同步信號(hào)等關(guān)鍵信號(hào)優(yōu)先布線。 密度優(yōu)先原則:從單板上連接關(guān)系最復(fù)雜的器件著手布線。從單板上連線最密集的區(qū)域開始布線。 2. 自動(dòng)布線

1. 布線優(yōu)先次序
關(guān)鍵信號(hào)線優(yōu)先:電源、摸擬小信號(hào)、高速信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)和同步信號(hào)等關(guān)鍵信號(hào)優(yōu)先布線。
密度優(yōu)先原則:從單板上連接關(guān)系最復(fù)雜的器件著手布線。從單板上連線最密集的區(qū)域開始布線。
2. 自動(dòng)布線
在布線質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求的情況下,可使用自動(dòng)布線器以提高工作效率,在自動(dòng)布線前應(yīng)完成以下準(zhǔn)備工作:
自動(dòng)布線控制文件(do file)為了更好地控制布線質(zhì)量,一般在運(yùn)行前要詳細(xì)定義布線規(guī)則,這些規(guī)則可以在軟件的圖形界面內(nèi)進(jìn)行定義,但軟件提供了更好的控制方法,即針對(duì)設(shè)計(jì)情況,寫出自動(dòng)布線控制文件(do file),軟件在該文件控制下運(yùn)行。
3. 盡量為時(shí)鐘信號(hào)、高頻信號(hào)、敏感信號(hào)等關(guān)鍵信號(hào)提供專門的布線層,并保證其最小的回路面積。 必要時(shí)應(yīng)采取手工優(yōu)先布線、 屏蔽和加大安全間距等方法。保證信號(hào)質(zhì)量。
4. 電源層和地層之間的 EMC 環(huán)境較差,應(yīng)避免布置對(duì)干擾敏感的信號(hào)。
5. 有阻抗控制要求的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)布置在阻抗控制層上。
6. 進(jìn)行 PCB 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵循的規(guī)則
1)地線回路規(guī)則:
環(huán)路最小規(guī)則,即信號(hào)線與其回路構(gòu)成的環(huán)面積要盡可能小,環(huán)面積越小,對(duì)外的輻射越少,接收外界的干擾也越小。針對(duì)這一規(guī)則,在地平面分割時(shí),要考慮到地平面與重要信號(hào)走線的分布,防止由于地平面開槽等帶來的問題;在雙層板設(shè)計(jì)中, 在為電源留下足夠空間的情況下, 應(yīng)該將留下的部分用參考地填充,且增加一些必要的孔,將雙面地信號(hào)有效連接起來,對(duì)一些關(guān)鍵信號(hào)盡量采用地線隔離,對(duì)一些頻率較高的設(shè)計(jì),需特別考慮其地平面信號(hào)回路問題,建議采用多層板為宜。
2)串?dāng)_控制:
串?dāng)_(CrossTalk)是指 PCB 上不同網(wǎng)絡(luò)之間因較長的平行布線引起的相互干擾,主要是由于平行線間的分布電容和分布電感的作用。克服串?dāng)_的主要措施是:加大平行布線的間距,遵循 3W 規(guī)則。
在平行線間插入接地的隔離線。
減小布線層與地平面的距離。
3)屏蔽保護(hù)
對(duì)應(yīng)地線回路規(guī)則,實(shí)際上也是為了盡量減小信號(hào)的回路面積,多見于一些比較重要的信號(hào),如時(shí)鐘信號(hào),同步信號(hào);對(duì)一些特別重要,頻率特別高的信號(hào),應(yīng)該考慮采用銅軸電纜屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),即將所布的線上下左右用地線隔離,而且還要考慮好如何有效的讓屏蔽地與實(shí)際地平面有效結(jié)合。
4)走線的方向控制規(guī)則:
即相鄰層的走線方向成正交結(jié)構(gòu)。 避免將不同的信號(hào)線在相鄰層走成同一方向,以減少不必要的層間竄擾;當(dāng)由于板結(jié)構(gòu)限制(如某些背板)難以避免出現(xiàn)該情況,特別是信號(hào)速率較高時(shí),應(yīng)考慮用地平面隔離各布線層,用地信號(hào)線隔離各信號(hào)線。


5) 走線的開環(huán)檢查規(guī)則:
一般不允許出現(xiàn)一端浮空的布線(Dangling Line),主要是為了避免產(chǎn)生"天線效應(yīng)",減少不必要的干擾輻射和接受,否則可能帶來不可預(yù)知的結(jié)果。


6) 阻抗匹配檢查規(guī)則:
同一網(wǎng)絡(luò)的布線寬度應(yīng)保持一致,線寬的變化會(huì)造成線路特性阻抗的不均勻,當(dāng)傳輸?shù)乃俣容^高時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射,在設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡量避免這種情況。在某些條件下,如接插件引出線,BGA 封裝的引出線類似的結(jié)構(gòu)時(shí),可能無法避免線寬的變化,應(yīng)該盡量減少中間不一致部分的有效長度。
7) 走線終結(jié)網(wǎng)絡(luò)規(guī)則:
在高速數(shù)字電路中, 當(dāng) PCB 布線的延遲時(shí)間大于信號(hào)上升時(shí)間 (或下降時(shí)間)的 1/4 時(shí),該布線即可以看成傳輸線,為了保證信號(hào)的輸入和輸出阻抗與傳輸線的阻抗正確匹配,可以采用多種形式的匹配方法,所選擇的匹配方法與網(wǎng)絡(luò)的連接方式和布線的拓樸結(jié)構(gòu)有關(guān)。
A. 對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(一個(gè)輸出對(duì)應(yīng)一個(gè)輸入)連接,可以選擇始端串聯(lián)匹配或終端并聯(lián)匹配。前者結(jié)構(gòu)簡單,成本低,但延遲較大。后者匹配效果好,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本較高。
B. 對(duì)于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)(一個(gè)輸出對(duì)應(yīng)多個(gè)輸出)連接,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)為菊花鏈時(shí),應(yīng)選擇終端并聯(lián)匹配。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)為星型結(jié)構(gòu)時(shí),可以參考點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。
星形和菊花鏈為兩種基本的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu), 其他結(jié)構(gòu)可看成基本結(jié)構(gòu)的變形, 可采取一些靈活措施進(jìn)行匹配。在實(shí)際操作中要兼顧成本、功耗和性能等因素,一般不追求完全匹配,只要將失配引起的反射等干擾限制在可接受的范圍即可。


8) 走線閉環(huán)檢查規(guī)則:
防止信號(hào)線在不同層間形成自環(huán)。在多層板設(shè)計(jì)中容易發(fā)生此類問題,自環(huán)將引起輻射干擾。


9) 走線的分枝長度控制規(guī)則:
盡量控制分枝的長度,一般的要求是 Tdelay<=Trise/20。


10) 走線的諧振規(guī)則:
主要針對(duì)高頻信號(hào)設(shè)計(jì)而言,即布線長度不得與其波長成整數(shù)倍關(guān)系,以免產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。


11) 走線長度控制規(guī)則:
即短線規(guī)則,在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡量讓布線長度盡量短,以減少由于走線過長帶來的干擾問題,特別是一些重要信號(hào)線,如時(shí)鐘線,務(wù)必將其振蕩器放在離器件很近的地方。對(duì)驅(qū)動(dòng)多個(gè)器件的情況,應(yīng)根據(jù)具體情況決定采用何種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。


12) 倒角規(guī)則:
PCB 設(shè)計(jì)中應(yīng)避免產(chǎn)生銳角和直角,以免產(chǎn)生不必要的輻射,同時(shí)工藝性能也不好。


13) 器件去耦規(guī)則:
A. 在印制版上增加必要的去耦電容,濾除電源上的干擾信號(hào),使電源信號(hào)穩(wěn)定。在多層板中,對(duì)去藕電容的位置一般要求不太高,但對(duì)雙層板,去耦電容的布局及電源的布線方式將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,有時(shí)甚至關(guān)系到設(shè)計(jì)的成敗。


B. 在雙層板設(shè)計(jì)中,一般應(yīng)該使電流先經(jīng)過濾波電容濾波再供器件使用,同時(shí)還要充分考慮到由于器件產(chǎn)生的電源噪聲對(duì)下游的器件的影響,一般來說,采用總線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較好,在設(shè)計(jì)時(shí),還要考慮到由于傳輸距離過長而帶來的電壓跌落給器件造成的影響,必要時(shí)增加一些電源濾波環(huán)路,避免產(chǎn)生電位差。
C. 在高速電路設(shè)計(jì)中,能否正確地使用去耦電容,關(guān)系到整個(gè)板的穩(wěn)定性。
14) 器件布局分區(qū)/分層規(guī)則:
A. 主要是為了防止不同工作頻率的模塊之間的互相干擾,同時(shí)盡量縮短高頻部分的布線長度。通常將高頻的部分布設(shè)在接口部分以減少布線長度,當(dāng)然,這樣的布局仍然要考慮到低頻信號(hào)可能受到的干擾。同時(shí)還要考慮到高/低頻部分地平面的分割問題,通常采用將二者的地分割,再在接口處單點(diǎn)相接。
B. 對(duì)混合電路,也有將模擬與數(shù)字電路分別布置在印制板的兩面,分別使用不同的層布線,中間用地層隔離的方式。


15) 孤立銅區(qū)控制規(guī)則:
孤立銅區(qū)的出現(xiàn),將帶來一些不可預(yù)知的問題,因此將孤立銅區(qū)與別的信號(hào)相接,有助于改善信號(hào)質(zhì)量,通常是將孤立銅區(qū)接地或刪除。在實(shí)際的制作中,PCB 廠家將一些板的空置部分增加了一些銅箔,這主要是為了方便印制板加工,同時(shí)對(duì)防止印制板翹曲也有一定的作用。


孤立銅區(qū)的出現(xiàn),將帶來一些不可預(yù)知的問題,因此將孤立銅區(qū)與別的信號(hào)相接,有助于改善信號(hào)質(zhì)量,通常是將孤立銅區(qū)接地或刪除。在實(shí)際的制作中,PCB廠家將一些板的空置部分增加了一些銅箔,這主要是為了方便印制板加工,同時(shí)對(duì)防止印制板翹曲也有一定的作用。


16) 電源與地線層的完整性規(guī)則:
對(duì)于導(dǎo)通孔密集的區(qū)域,要注意避免孔在電源和地層的挖空區(qū)域相互連接,形成對(duì)平面層的分割,從而破壞平面層的完整性,并進(jìn)而導(dǎo)致信號(hào)線在地層的回路面積增大。
17) 重疊電源與地線層規(guī)則:
不同電源層在空間上要避免重疊。主要是為了減少不同電源之間的干擾,特別是一些電壓相差很大的電源之間,電源平面的重疊問題一定要設(shè)法避免,難以避免時(shí)可考慮中間隔地層。
18) 3W 規(guī)則:
為了減少線間串?dāng)_, 應(yīng)保證線間距足夠大, 當(dāng)線中心間距不少于 3 倍線寬時(shí),則可保持 70%的電場不互相干擾, 稱為 3W 規(guī)則。 如要達(dá)到 98%的電場不互相干擾,可使用 10W 的間距。


19) 20H 規(guī)則:
由于電源層與地層之間的電場是變化的,在板的邊緣會(huì)向外輻射電磁干擾。
稱為邊沿效應(yīng)。 解決的辦法是將電源層內(nèi)縮, 使得電場只在接地層的范圍內(nèi)傳導(dǎo)。以一個(gè) H(電源和地之間的介質(zhì)厚度)為單位,若內(nèi)縮 20H 則可以將 70%的電場限制在接地層邊沿內(nèi);內(nèi)縮 100H 則可以將 98%的電場限制在內(nèi)。


20) 五規(guī)則:
印制板層數(shù)選擇規(guī)則,即時(shí)鐘頻率到 5MHz 或脈沖上升時(shí)間小于 5ns,則 PCB板須采用多層板,這是一般的規(guī)則,有的時(shí)候出于成本等因素的考慮,采用雙層板結(jié)構(gòu)時(shí),這種情況下,最好將印制板的一面做為一個(gè)完整的地平面層。

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