PCB布局布線的10條規(guī)則
- 發(fā)布時(shí)間:2022-10-21 08:27:09
- 瀏覽量:909
一、元器件布局的10條規(guī)則:
遵照“先大后小,先難后易”的布置原則,即重要的單元電路、核心元器件應(yīng)當(dāng)優(yōu)先布局.
布局中應(yīng)參考原理框圖,根據(jù)單板的主信號(hào)流向規(guī)律安排主要元器件.
元器件的排列要便于調(diào)試和維修,亦即小元件周圍不能放置大元件、需調(diào)試的元、器件周圍要有足夠的空間。
相同結(jié)構(gòu)電路部分,盡可能采用“對(duì)稱式”標(biāo)準(zhǔn)布局;
按照均勻分布、重心平衡、版面美觀的標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化布局;
同類型插裝元器件在X或Y方向上應(yīng)朝一個(gè)方向放置。同一種類型的有極性 分立元件也要力爭(zhēng)在X或Y方向上保持一致,便于生產(chǎn)和檢驗(yàn)。
發(fā)熱元件要一般應(yīng)均勻分布,以利于單板和整機(jī)的散熱,除溫度檢測(cè)元件以外的溫度敏感器件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱量大的元器件。
布局應(yīng)盡量滿足以下要求:總的連線盡可能短,關(guān)鍵信號(hào)線最短;高電壓、大電流信號(hào)與小電流,低電壓的弱信號(hào)完全分開;模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)分開;高頻信號(hào)與低頻信號(hào)分開;高頻元器件的間隔要充分。
去偶電容的布局要盡量靠近IC的電源管腳,并使之與電源和地之間形成的回路最短。
元件布局時(shí),應(yīng)適當(dāng)考慮使用同一種電源的器件盡量放在一起, 以便于將來的電源分隔。
二、布線
(1)布線優(yōu)先次序
鍵信號(hào)線優(yōu)先: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
注意點(diǎn):
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。
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)。
有阻抗控制要求的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)盡量按線長(zhǎng)線寬要求布線。
(2)四種具體走線方式
1 、時(shí)鐘的布線:
時(shí)鐘線是對(duì)EMC 影響最大的因素之一。在時(shí)鐘線上應(yīng)少打過孔,盡量避免和其它信號(hào)線并行走線,且應(yīng)遠(yuǎn)離一般信號(hào)線,避免對(duì)信號(hào)線的干擾。同時(shí)應(yīng)避開板上的電源部分,以防止電源和時(shí)鐘互相干擾。
如果板上有專門的時(shí)鐘發(fā)生芯片,其下方不可走線,應(yīng)在其下方鋪銅,必要時(shí)還可以對(duì)其專門割地。對(duì)于很多芯片都有參考的晶體振蕩器,這些晶振下方也不應(yīng)走線,要鋪銅隔離。
2、直角走線:
直角走線一般是PCB布線中要求盡量避免的情況,也幾乎成為衡量布線好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一,那么直角走線究竟會(huì)對(duì)信號(hào)傳輸產(chǎn)生多大的影響呢?從原理上說,直角走線會(huì)使傳輸線的線寬發(fā)生變化,造成阻抗的不連續(xù)。其實(shí)不光是直角走線,頓角,銳角走線都可能會(huì)造成阻抗變化的情況。
直角走線的對(duì)信號(hào)的影響就是主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:
拐角可以等效為傳輸線上的容性負(fù)載,減緩上升時(shí)間;
阻抗不連續(xù)會(huì)造成信號(hào)的反射;
直角尖端產(chǎn)生的EMI。
3、差分走線:
差分信號(hào)(Differential Signal)在高速電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來越廣泛,電路中最關(guān)鍵的信號(hào)往往都要采用差分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).定義:通俗地說,就是驅(qū)動(dòng)端發(fā)送兩個(gè)等值、反相的信號(hào),接收端通過比較這兩個(gè)電壓的差值來判斷邏輯狀態(tài)“0”還是“1”。而承載差分信號(hào)的那一對(duì)走線就稱為差分走線。
差分信號(hào)和普通的單端信號(hào)走線相比,最明顯的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下三個(gè)方面:
抗干擾能力強(qiáng),因?yàn)閮筛罘肿呔€之間的耦合很好,當(dāng)外界存在噪聲干擾時(shí),幾乎是同時(shí)被耦合到兩條線上,而接收端關(guān)心的只是兩信號(hào)的差值,所以外界的共模噪聲可以被完全抵消。
能有效抑制EMI,同樣的道理,由于兩根信號(hào)的極性相反,他們對(duì)外輻射的電磁場(chǎng)可以相互抵消,耦合的越緊密,泄放到外界的電磁能量越少。
時(shí)序定位精確,由于差分信號(hào)的開關(guān)變化是位于兩個(gè)信號(hào)的交點(diǎn),而不像普通單端信號(hào)依靠高低兩個(gè)閾值電壓判斷,因而受工藝,溫度的影響小,能降低時(shí)序上的誤差,同時(shí)也更適合于低幅度信號(hào)的電路。目前流行的LVDS(low voltage differential signaling)就是指這種小振幅差分信號(hào)技術(shù)。
對(duì)于PCB工程師來說,最關(guān)注的還是如何確保在實(shí)際走線中能完全發(fā)揮差分走線的這些優(yōu)勢(shì)。也許只要是接觸過Layout的人都會(huì)了解差分走線的一般要求,那就是“等長(zhǎng)、等距”。
等長(zhǎng)是為了保證兩個(gè)差分信號(hào)時(shí)刻保持相反極性,減少共模分量;等距則主要是為了保證兩者差分阻抗一致,減少反射。“盡量靠近原則”有時(shí)候也是差分走線的要求之一。
4、蛇形線:
蛇形線是Layout中經(jīng)常使用的一類走線方式。其主要目的就是為了調(diào)節(jié)延時(shí),滿足系統(tǒng)時(shí)序設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)者首先要有這樣的認(rèn)識(shí):蛇形線會(huì)破壞信號(hào)質(zhì)量,改變傳輸延時(shí),布線時(shí)要盡量避免使用。但實(shí)際設(shè)計(jì)中,為了保證信號(hào)有足夠的保持時(shí)間,或者減小同組信號(hào)之間的時(shí)間偏移,往往不得不故意進(jìn)行繞線。
注意點(diǎn):
成對(duì)出現(xiàn)的差分信號(hào)線,一般平行走線,盡量少打孔,必須打孔時(shí),應(yīng)兩線一同打孔,以做到阻抗匹配。
相同屬性的一組總線,應(yīng)盡量并排走線,做到盡量等長(zhǎng)。從貼片焊盤引出的過孔盡量離焊盤遠(yuǎn)些。
(3)布線常用規(guī)則
1、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。
2、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。
3、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(zhǎng)度。
4、走線長(zhǎng)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(zhǎng)度盡量短,以減少由于走線過長(zhǎng)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)。
5、倒角規(guī)則:
PCB設(shè)計(jì)中應(yīng)避免產(chǎn)生銳角和直角, 產(chǎn)生不必要的輻射,同時(shí)工藝性能也不好。
6、器件去耦規(guī)則:
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)去耦電容的位置一般要求不太高,但對(duì)雙層板,去藕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。
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。
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。
7、器件布局分區(qū)/分層規(guī)則:
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(zhǎng)度。
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。
8、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。
9、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。
10、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(chǎng)不互相干擾,稱為3W規(guī)則。如要達(dá)到98%的電場(chǎng)不互相干擾,可使用10W的間距。
11、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。
12、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)。
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(jiǎn)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。
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。
13、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。
14、走線的分枝長(zhǎng)度控制規(guī)則:
盡量控制分枝的長(zhǎng)度,一般的要求是Tdelay<=Trise/20。
15、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(zhǎng)度不得與其波長(zhǎng)成整數(shù)倍關(guān)系, 以免產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。
16、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。
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。
PCB(Printed Circuit Board)layout是指在設(shè)計(jì)印制電路板的過程中,對(duì)電子元器件及導(dǎo)電路徑進(jìn)行
從PCB制造工藝參數(shù)到Altium Designer(AD)規(guī)則設(shè)置的過程,是確保PCB設(shè)計(jì)滿足生產(chǎn)工藝要求的關(guān)鍵步驟。
PCB板的電感量,也即電感器(Inductor)的電感量,是表示電感器產(chǎn)生自感應(yīng)能力的一個(gè)物理量
A股PCB大企滬電股份斥資43億擴(kuò)產(chǎn), 前三季度凈利暴增93.94%!
PCB插件孔設(shè)計(jì)規(guī)范
免責(zé)聲明:部分文章信息來源于網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)友投稿,本網(wǎng)站只負(fù)責(zé)對(duì)文章進(jìn)行整理、排版、編輯,意為分享交流傳遞信息,并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其內(nèi)容的真實(shí)性,如本站文章和轉(zhuǎn)稿涉及版權(quán)等問題,請(qǐng)作者在及時(shí)聯(lián)系本站,我們會(huì)盡快和您對(duì)接處理。