pcb布線布局的技巧和注意事項(xiàng),pcb布局布線規(guī)則主要包含哪些內(nèi)容
chanong
1. 布局組件的10 條規(guī)則: 1. 遵循以下布局原則:“先大后小,先難后易”。這意味著重要的單元電路和核心器件必須首先布局。 2. 布局應(yīng)參考原理框圖,并根據(jù)單板上的主要信號(hào)流模式放置主要組件。 3、元件放置應(yīng)便于調(diào)試和維護(hù)。這意味著您應(yīng)該避免將較大的組件放置在較小的組件周?chē),并在需要調(diào)試的組件和設(shè)備周?chē)舫鲎銐虻目臻g。 4. 結(jié)構(gòu)相同的電路元件盡量采用對(duì)稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)布局5. 在布局均勻、重心平衡、布局美觀的基礎(chǔ)上優(yōu)化布局6. 插頭類(lèi)型相同,元件方向一致X或Y方向。必須面向同一類(lèi)型的極化分立元件還應(yīng)力求在X或Y方向上保持一致,以便于制造和檢驗(yàn)。 7、發(fā)熱元件應(yīng)均勻放置,以促進(jìn)單板及整機(jī)散熱,除感溫元件外的溫度敏感元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。 8、布局應(yīng)盡量滿足以下要求: 總連線盡量短,主信號(hào)線最短;高電壓大電流信號(hào)與小電流連接,低電壓必須完全隔離來(lái)自微弱的信號(hào)。模擬信號(hào)必須與數(shù)字信號(hào)分開(kāi)。必須分離高頻信號(hào)。必須與低頻信號(hào)分開(kāi)。高頻成分必須適當(dāng)間隔。 9. 將去耦電容盡可能靠近IC 電源引腳放置,并盡量減少電源和GND 之間形成的環(huán)路。 10、放置元件時(shí),應(yīng)仔細(xì)考慮盡可能將使用同一電源的設(shè)備放置在一起,以利于將來(lái)的電源分離。
2、布線(1)布線優(yōu)先關(guān)鍵信號(hào)線優(yōu)先:優(yōu)先考慮模擬小信號(hào)、高速信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)、同步信號(hào)等關(guān)鍵信號(hào)。 密度優(yōu)先:從連接關(guān)系最復(fù)雜的設(shè)備到設(shè)備進(jìn)行布線。單板。從板子互連最緊密的區(qū)域開(kāi)始走線,注意:a.為時(shí)鐘信號(hào)、高頻信號(hào)、敏感信號(hào)等關(guān)鍵信號(hào)設(shè)置專(zhuān)用走線層,以保證環(huán)路面積最小,請(qǐng)盡量這樣做。必要時(shí)應(yīng)采用人工優(yōu)先接線、屏蔽、增加安全距離等方法。保證信號(hào)質(zhì)量。 b. 電源層和地層之間的EMC環(huán)境較差,避免放置對(duì)干擾敏感的信號(hào)。 c. 有阻抗控制要求的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)盡可能根據(jù)走線長(zhǎng)度和寬度要求進(jìn)行布線。
(二)四種具體接線方法
1、時(shí)鐘布線:時(shí)鐘線是對(duì)EMC影響最大的元件之一。時(shí)鐘線盡量少打孔,避免與其他信號(hào)線平行走線,并遠(yuǎn)離一般信號(hào)線,以免對(duì)信號(hào)線產(chǎn)生干擾。同時(shí)避開(kāi)板子的電源部分,使電源和時(shí)鐘互不干擾。如果板上有特殊的時(shí)鐘生成芯片,則無(wú)法在其下方布線。在它下面,您需要鋪設(shè)一根銅線,并在必要時(shí)對(duì)地面進(jìn)行特殊切割。對(duì)于許多芯片所引用的晶振,您不應(yīng)在這些晶振下方走線并走銅以進(jìn)行隔離。
2、直角布線: 直角布線是印刷電路板布線時(shí)一般應(yīng)避免的情況,也是衡量布線質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一。信號(hào)傳輸怎么樣?原則上,直角布線會(huì)改變傳輸線的線寬,從而產(chǎn)生阻抗不連續(xù)性。事實(shí)上,不僅直角布線會(huì)改變阻抗,圓形或銳角布線也會(huì)改變阻抗。直角布線對(duì)信號(hào)的影響主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:首先,角度等效于傳輸線上的容性負(fù)載,可以減慢上升時(shí)間。其次,阻抗不連續(xù)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)反射。第三,直角芯片會(huì)產(chǎn)生EMI。
3. 對(duì)于差分接線:請(qǐng)參閱Altium Designer - 差分接線和阻抗匹配。差分信號(hào)越來(lái)越多地應(yīng)用于高速電路設(shè)計(jì)中。電路中最重要的信號(hào)往往具有差分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。用術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō),的意思是驅(qū)動(dòng)端發(fā)送兩個(gè)相等且相反的信號(hào),接收端通過(guò)比較兩個(gè)電壓之間的差異來(lái)確定邏輯狀態(tài)“0”或“1”。一對(duì)承載差分信號(hào)的走線稱(chēng)為差分走線。差分信號(hào)相對(duì)于常規(guī)單端信號(hào)走線最明顯的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在三個(gè)方面:a.兩條差分走線之間的耦合非常好,減少噪聲干擾,抗干擾能力強(qiáng),即使有。外界幾乎同時(shí)耦合到兩條線路中,接收器只關(guān)心兩個(gè)信號(hào)之間的差異,因此外部共模噪聲完全抵消。 b.可以有效抑制EMI,同樣,因?yàn)閮蓚(gè)信號(hào)的極性相反,所以它們輻射出的電磁場(chǎng)相互抵消,耦合越緊密,向外發(fā)射的電磁能量就越多,發(fā)射出去的電磁能量就會(huì)越少。 c. 精確的時(shí)序定位由于差分信號(hào)的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換位于兩個(gè)信號(hào)的交叉點(diǎn),因此它不受工藝或溫度的影響,不像典型的單端信號(hào)依賴高低閾值電壓,它成為難的。它可以減少時(shí)序誤差,也適用于使用低幅度信號(hào)的電路。目前流行的LVDS(低電壓差分信號(hào))就是指這種小幅度差分信號(hào)技術(shù)。 PCB 工程師首要關(guān)心的問(wèn)題是如何在實(shí)際布線中充分利用差分布線的優(yōu)勢(shì)。熟悉Layout的人大概都會(huì)明白差分布線的一般要求:等長(zhǎng)、等距。等長(zhǎng)是為了保證兩路差分信號(hào)始終保持相反極性,減少共模分量,等距離主要是為了保證兩路差分信號(hào)的一致性,減少反射,這是有原因的。 “盡可能接近的原則”也可以是差分布線的要求之一。
4、蛇線: 蛇線是布局中經(jīng)常使用的一種布線方法。其主要目的是調(diào)整延遲,滿足系統(tǒng)時(shí)序設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)人員首先必須了解,曲折的走線會(huì)破壞信號(hào)質(zhì)量并改變傳輸延遲,布線時(shí)應(yīng)避免。然而,在實(shí)際設(shè)計(jì)中,通常需要有意纏繞電線,以確保信號(hào)具有足夠的保留時(shí)間或減少同一組中信號(hào)之間的時(shí)間偏移。請(qǐng)注意,成對(duì)出現(xiàn)的: 差分信號(hào)線通常應(yīng)平行布線,并盡可能少鉆孔。如果需要鉆孔,則應(yīng)將兩根線一起鉆孔,以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。具有相同屬性的總線組應(yīng)盡可能并排布線且長(zhǎng)度相同。從貼片焊盤(pán)引出的通孔應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離焊盤(pán)。
(3) 接線常用規(guī)則
1、布線方向控制規(guī)則:即相鄰層的布線方向形成正交結(jié)構(gòu)。避免在相鄰層上將不同信號(hào)線沿同一方向走線,以減少不必要的層間干擾。如果電路板結(jié)構(gòu)限制(例如某些背板)難以避免這種情況,尤其是在高信號(hào)速度下,請(qǐng)考慮使用:地平面用于分隔布線層,地平面用于分隔信號(hào)線。
2、電線的開(kāi)環(huán)檢驗(yàn)規(guī)則:一般情況下不允許一端懸空(懸空線)的電線。這主要是為了避免“天線效應(yīng)”并減少不需要的干擾輻射和接收。否則可能會(huì)導(dǎo)致意想不到的結(jié)果。
3.阻抗匹配檢查規(guī)則:同一網(wǎng)絡(luò)的布線寬度必須恒定,線寬變化時(shí)線路的特性阻抗變得不均勻,傳輸速度較高時(shí)應(yīng)避免反射。在某些條件下,例如當(dāng)連接器引腳排列和BGA封裝引腳排列具有相似結(jié)構(gòu)時(shí),線寬的變化可能是不可避免的,并且應(yīng)該最小化中間失配的有效長(zhǎng)度。
4、布線長(zhǎng)度管理規(guī)則:短布線規(guī)則,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量縮短布線長(zhǎng)度,以減少布線長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)帶來(lái)的干擾問(wèn)題。一些關(guān)鍵信號(hào)線,尤其是時(shí)鐘線,將振蕩器放置在靠近器件的位置。當(dāng)驅(qū)動(dòng)多個(gè)設(shè)備時(shí),您必須根據(jù)具體情況決定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?
5、倒角規(guī)則:PCB設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免尖角和直角。它會(huì)產(chǎn)生不必要的輻射并降低工藝性能。
6、器件去耦規(guī)則: A、在印刷電路板上添加必要的去耦電容,以消除電源上的干擾信號(hào),穩(wěn)定電源信號(hào)。在多層板中,去耦電容的位置通常不太重要,但在兩層板的情況下,去耦電容的布局和電源的布線方式直接影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,在某些情況下可以影響系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性,甚至影響性行為。它可以成就或毀掉一個(gè)設(shè)計(jì)。 B. 在兩層板設(shè)計(jì)中,電流在被設(shè)備使用之前通常必須通過(guò)濾波電容器進(jìn)行濾波。 C、在高速電路設(shè)計(jì)中,去耦電容的正確使用影響著整板的穩(wěn)定性。
7、器件布局劃分/分層規(guī)則: A、主要目的是防止不同工作頻率的模塊之間相互干擾,并保持高頻部分的布線長(zhǎng)度盡可能短。 B、對(duì)于混合電路,還有一種方法是將模擬和數(shù)字電路放置在印刷電路板的兩面,將布線層分開(kāi),并用中間接地層進(jìn)行絕緣。
8. 接地環(huán)路規(guī)則:最小環(huán)路規(guī)則是指信號(hào)線及其環(huán)路形成的環(huán)路面積應(yīng)盡可能;環(huán)路面積越小,接收到的外部輻射越少,外部干擾也越小接收。它會(huì)更小。
9、電源層和接地層的一致性規(guī)則:在過(guò)孔密集的區(qū)域,必須注意避免孔相互連通,在電源層和接地層的空腔區(qū)域形成平面層分割。平面層的完整性被破壞,接地層信號(hào)線的環(huán)路面積增大。
10. 3W規(guī)則:要減少線間串?dāng)_,線距必須足夠大,如果線中心距至少是線寬的三倍,那么70%的電場(chǎng)可以通過(guò)而不會(huì)受到干擾。這就是所謂的3W規(guī)則。如果要達(dá)到98%電場(chǎng)且互不干擾,可以采用10W間距。
11.屏蔽保護(hù)支持接地環(huán)路規(guī)則。其實(shí)也是為了盡量減少信號(hào)的環(huán)路面積。對(duì)于時(shí)鐘信號(hào)和同步信號(hào)等更重要的信號(hào)來(lái)說(shuō)更為常見(jiàn)。對(duì)于特別重要的信號(hào),我們采用銅軸電纜的屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),將敷設(shè)線與地線絕緣,將屏蔽地與實(shí)際地平面有效結(jié)合。
12. 導(dǎo)線端接網(wǎng)絡(luò)規(guī)則:在高速數(shù)字電路中,如果PCB走線的延遲時(shí)間大于信號(hào)上升(或下降時(shí)間)的1/4,則該走線可以被認(rèn)為是傳輸線。確保信號(hào)輸入/輸出為了精確匹配傳輸線的阻抗,根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接方式和布線拓?fù)鋪?lái)選擇各種匹配方法。 A. 對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(一輸出對(duì)應(yīng)一輸入)連接,可以選擇開(kāi)始串聯(lián)匹配或結(jié)束并聯(lián)匹配。前者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低,但時(shí)延較大。后者匹配效果好,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本高。 B. 對(duì)于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)(一路輸出服務(wù)多路輸出)連接,如果網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇榫栈ㄦ湥瑒t應(yīng)選擇終端并聯(lián)匹配。如果您的網(wǎng)絡(luò)是星型結(jié)構(gòu),可以參考點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。星型和菊花鏈型是基本的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),但其他結(jié)構(gòu)可以視為基本結(jié)構(gòu)的變體,可以靈活處理。實(shí)際操作中,必須考慮成本、功耗、性能等,一般不追求完美匹配,只要能容忍不匹配造成的反射等干擾即可。
13、線纜連接閉環(huán)檢查規(guī)則:確保信號(hào)線在不同層之間不形成自環(huán)。此類(lèi)問(wèn)題在多層板設(shè)計(jì)中很常見(jiàn),其中自環(huán)路會(huì)產(chǎn)生輻射干擾。
14、控制導(dǎo)線分支長(zhǎng)度的規(guī)則:盡量控制分支長(zhǎng)度,常見(jiàn)的要求是Tdelay=Trise/20。
15、布線諧振規(guī)則:主要針對(duì)高頻信號(hào)設(shè)計(jì)。也就是說(shuō),走線的長(zhǎng)度不應(yīng)該是波長(zhǎng)的整數(shù)倍,以避免共振。
16. 絕緣銅線區(qū)域的控制規(guī)則: 絕緣銅線區(qū)域的出現(xiàn)可能會(huì)引起一些意想不到的問(wèn)題。因此,將隔離的銅線區(qū)域與其他信號(hào)連接有助于提高信號(hào)質(zhì)量。通常將絕緣銅線區(qū)域接地或去除。在實(shí)際生產(chǎn)中,印制電路板廠家主要是在一些板子的空的部分添加銅箔,以方便印制電路板的加工,但這對(duì)于防止印制電路板的翹曲也起到了一定的作用。
17. 電源層和接地層重疊的規(guī)則:不同的電源層在空間上不得重疊。主要目的是減少不同電源之間的干擾,特別是電壓相差較大的電源。應(yīng)避免重復(fù)的電源平面問(wèn)題。如果這種情況難以避免,可以考慮中間接地層。
18. 20H規(guī)則:由于電源層和接地層之間電場(chǎng)的變化,電磁干擾在板的邊緣向外輻射。這稱(chēng)為邊緣效應(yīng)。解決方案是縮小電源層,使電場(chǎng)僅在接地層內(nèi)傳播。若單位為1H(電源與地之間介質(zhì)的厚度),若推入量為20H,則可將70%的電場(chǎng)抑制到地層邊緣,若推入量為100H,電場(chǎng)將被抑制,98%可被限制在邊緣內(nèi)。
(4)對(duì)于其他單層或雙層板,電源線盡量粗短。電源線和地線的寬度要求按1mm線寬計(jì)算,對(duì)應(yīng)最大電流為1A,電源線和地線形成的環(huán)路應(yīng)盡可能小。
如果電源線較長(zhǎng),則電源在進(jìn)入各設(shè)備之前必須進(jìn)行去耦,以防止電源線上的耦合噪聲直接進(jìn)入負(fù)載設(shè)備。為了防止相互干擾,每個(gè)負(fù)載的電源在進(jìn)入負(fù)載之前都經(jīng)過(guò)獨(dú)立隔離和濾波。








