毫無疑問,布線是整個PCB設計中最重要、最費時的工序,直接影響著 PCB 板的性能好壞。作為一名合格的、優秀的PCB設計工程師,除了要把線布通外,更要滿足其電氣性能、讓線整齊美觀,而這需要工程師掌握一些布線技巧。
走線長度
1. 使走線長度盡可能的短
在 PCB 布線時,應該使走線長度盡可能的短,以減少由走線長度帶來的干擾問題。
2. 調整走線長度
數字電路系統對時序有嚴格的要求,為了滿足信號時序的要求,對PCB上的信號走線長度進行調整已經成為PCB設計工作的一部分。
走線長度的調整包括以下兩個方面的要求:
a. 要求走線長度保持一致,保證信號同步到達若干個接收器。有時在PCB上的一組信號線之間存在著相關性,如總線,就需要對其長度進行校正,因為需要信號在接收端同步。調整方法就是找出其中最長的那根走線,然后將其他走線調整到等長。
b. 控制兩個器件之間的走線延遲為某一個特定值,如控制器件A、B之間的導線延遲為1ns,而這樣的要求往往由電路設計者提出,但由PCB工程師去實現。需要注意的是,在PCB上的信號傳播速度是與PCB的材料、走線的結構、走線的寬度、過孔等因素相關的。通過信號傳播速度,可以計算出所要求的走線延遲對應的走線長度。
走線長度的調整常采用的是蛇形線的方式。
3、防止走線諧振
在PCB布線時,布線長度不得與其波長成整數倍關系,以免產生諧振現象。
超實用PCB布線技巧,菜鳥和老司機都應該知道
差分對走線
為了避免不理想返回路徑的影響,可以采用差分對走線。為了獲得較好的信號完整性,可以選用差分對走線來實現高速信號傳輸。
1. 差分信號傳輸優點:
a. 輸出驅動總的di/dt會大幅降低,從而減小了軌道塌陷和潛在的電磁干擾。
c. 差分信號在一對緊耦合差分對中傳輸時,在返回路徑中對付串擾和突變的魯棒性更好。
d. 因為每個信號都有自己的返回路徑,所以差分信號通過接插件或封裝時,不易受到開關噪聲的干擾。
2. 差分信號的缺點:
a. 如果不對差分信號進行恰當的平衡或濾波,或者存在任何共模信號,就可能會產生EMI問題。
b. 與單端信號相比,傳輸差分信號需要雙倍的信號線。
3. 設計差分對走線時,要遵循以下原則:
a. 保持差分對的兩信號走線之間的距離S在整個走線上為常數。
b. 確保D>2S,以最小化兩個差分對信號之間的串擾。
c. 使差分對的兩信號走線之間的距離S滿足S=3H,以便使元件的反射阻抗最小化。
d. 將兩差分信號線的長度保持相等,以消除信號的相位差。
e. 避免在差分對上使用多個過孔,因為過孔會產生阻抗不匹配和電感。
電源、地線的處理
即使在整個PCB板中的布線完成的很好,但由于電源和地線的考慮不周到而引起的干擾,會使產品的性能下降,有時甚至會影響到產品的成功率。所以對電源和地線的處理要認真對待,把電源和地線的所產生的噪音和干擾降到最低限度,以保證產品的質量。
1)盡量加寬電源和地線的寬度,最好是地線比電源線寬,它們的關系是:地線—電源線—信號線。
2)對數字電路的PCB可用寬的地導線組成一個回路,即構成一個地網來使用(模擬電路的地不能這樣使用)
3)用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用。或是多層板,電源和地線各占用一層。
數字電路與模擬電路的共地處理
現在許多PCB不再是單一功能電路,而是由數字電路和模擬電路混合構成的。因此在布線時就需要考慮它們之間互相干擾的問題,特別是地線上的噪音干擾。
數字電路的頻率高,模擬電路的敏感度強,對信號線來說,高頻的信號線盡可能遠離敏感的模擬電路器件,對地線來說,整個PCB對外界只有一個結點,所以必須在PCB內部進行處理數字和模擬共地的問題,而在板內部數字地和模擬地實際上是分開的,它們之間是互不相連的,只是在PCB與外界連接的接口處(如插頭等)。數字地與模擬地有一點短接,(請注意,只有一個連接點),也有在PCB上不共地的,這由系統設定來決定。
拐角設計
在PCB布線時,走線拐彎是不可避免的,當走線出現直角拐角時,在拐角處會產生額外的寄生電容和寄生電感?走線拐彎的拐角應避免設計成銳角和直角形式,以免產生不必要的輻射,同時銳角和直角形式的工藝性能也不好?要求所有線與線的夾角應大于等于135°?在走線確實需要直角拐角的情況下,可以采取兩種改進方法:一種是將90°拐角變成兩個45°拐角;另一種是采用圓角?圓角方式是最好的,45°拐角可以用到10GHz頻率上?對于45°拐角走線,拐角長度最好滿足L≥3W。
控制PCB導線的阻抗和走線終端匹配
在高速數字電路PCB和射頻電路PCB中,對PCB導線的阻抗是有要求的,需要控制PCB導線的阻抗。在PCB布線時,同一網絡的線寬應保持一致。由于線寬的變化會造成線路特性阻抗的不均勻,對高速數字電路傳輸的信號會產生反射,故在設計中應該盡量避免出現這種情況。在某些條件下,如接插件引出線、BGA封裝的引出線等類似的結構時,如果無法避免線寬的變化,應該盡量控制和減少中間不一致部分的有效長度。
在高速數字電路中,當PCB布線的延遲時間大于信號上升時間(或下降時間)的1/4時,該布線即可以看成傳輸線。為了保證信號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終端匹配方法,所選擇的匹配方法與網絡的連接方式和布線的拓撲結構有關。
審核編輯:何安
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