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PCB設(shè)計的布線規(guī)范

發(fā)布時間 :2016-11-12 14:01 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCB設(shè)計部
1. PCB設(shè)計布線優(yōu)先次序
關(guān)鍵信號線優(yōu)先:電源、摸擬小信號、高速信號、時鐘信號和同步信號等關(guān)鍵信號優(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. 自動布線
在布線質(zhì)量滿足PCB設(shè)計要求的情況下,可使用自動布線器以提高工作效率,在自動布線前應(yīng)完成以下準備工作:
自動布線控制文件(do file)
為了更好地控制布線質(zhì)量,一般在運行前要詳細定義布線規(guī)則,這些規(guī)則可以在軟件的圖形界面內(nèi)進行定義,但軟件提供了更好的控制方法,即針對設(shè)計情況,寫出自動布線控制文件(do file),軟件在該文件控制下運行。
 
3. 盡量為時鐘信號、高頻信號、敏感信號等關(guān)鍵信號提供專門的布線層,并保證其最小的回路面積。必要時應(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)避免布置對干擾敏感的信號。
 
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. 進行PCB設(shè)計時應(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,對外的輻射越少,接收外界的干擾也越小。針對這一規(guī)則,在地平面分割時,要考慮到地平面與重要信號走線的分布,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,將雙面地信號有效連接起來,對一些關(guān)鍵信號盡量采用地線隔離,對一些頻率較高的設(shè)計,需特別考慮其地平面信號回路問題,建議采用多層板為宜。
 
2) 竄擾控制
串擾(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??朔當_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
對應(yīng)地線回路規(guī)則,實際上也是為了盡量減小信號的回路面積,多見于一些比較重要的信號,如時鐘信號,同步信號;對一些特別重要,頻率特別高的信號,應(yīng)該考慮采用銅軸電纜屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計,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)。避免將不同的信號線在相鄰層走成同一方向,以減少不必要的層間竄擾;當由于板結(jié)構(gòu)限制(如某些背板)難以避免出現(xiàn)該情況,特別是信號速率較高時,應(yīng)考慮用地平面隔離各布線層,用地信號線隔離各信號線。
 
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,線寬的變化會造成線路特性阻抗的不均勻,當傳輸?shù)乃俣容^高時會產(chǎn)生反射,在設(shè)計中應(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,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. 對于點對點(一個輸出對應(yīng)一個輸入)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. 對于點對多點(一個輸出對應(yīng)多個輸出)連接,當網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)為菊花鏈時,應(yīng)選擇終端并聯(lián)匹配。當網(wǎng)絡(luò)為星型結(jié)構(gòu)時,可以參考點對點結(jié)構(gòu)。
星形和菊花鏈為兩種基本的拓撲結(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行匹配。在實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:
防止信號線在不同層間形成自環(huán)。在多層板設(shè)計中容易發(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:
主要針對高頻信號設(shè)計而言,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)計時應(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線,如時鐘線,務(wù)必將其振蕩器放在離器件很近的地方。對驅(qū)動多個器件的情況,應(yīng)根據(jù)具體情況決定采用何種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。
 
12) 倒角規(guī)則:
PCB設(shè)計中應(yīng)避免產(chǎn)生銳角和直角,以免產(chǎn)生不必要的輻射,同時工藝性能也不好。
 
13) 器件去藕規(guī)則:
A. 在印制電路板上增加必要的去藕電容,濾除電源上的干擾信號,使電源信號穩(wěn)定。在多層板中,對去藕電容的位置一般要求不太高,但對雙層板,去藕電容的布局及電源的布線方式將直接影響到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性,有時甚至關(guān)系到設(shè)計的成敗。
B. 在雙層板設(shè)計中,一般應(yīng)該使電流先經(jīng)過濾波電容濾波再供器件使用,同時還要充分考慮到由于器件產(chǎn)生的電源噪聲對下游的器件的影響,一般來說,采用總線結(jié)構(gòu)設(shè)計比較好,在設(shè)計時,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)計中,能否正確地使用去藕電容,關(guān)系到整個板的穩(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,當然,這樣的布局仍然要考慮到低頻信號可能受到的干擾。同時還要考慮到高/低頻部分地平面的分割問題,通常采用將二者的地分割,再在接口處單點相接。
B. 對混合電路,也有將模擬與數(shù)字電路分別布置在印制電路板的兩面,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)與別的信號相接,有助于改善信號質(zhì)量,通常是將孤立銅區(qū)接地或刪除。在實際的制作中,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電路板加工,同時對防止印制電路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,形成對平面層的分割,從而破壞平面層的完整性,并進而導(dǎo)致信號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,難以避免時可考慮中間隔地層。
 
18) 3W規(guī)則:
為了減少線間串擾,應(yīng)保證線間距足夠大,當線中心間距不少于3倍線寬時,則可保持70%的電場不互相干擾,稱為3W規(guī)則。如要達到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---五規(guī)則:
印制電路板層數(shù)選擇規(guī)則,即時鐘頻率到5MHz或脈沖上升時間小于5ns,則PCB板須采用多層板,這是一般的規(guī)則,有的時候出于成本等因素的考慮,采用雙層板結(jié)構(gòu)時,這種情況下,最好將印制電路板的一面做為一個完整的地平面層。


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