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印刷電路板設(shè)計(jì)布局指導(dǎo)原則(下)

發(fā)布時(shí)間 :2017-01-10 10:24 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCB設(shè)計(jì)部
7、數(shù)位IC的削尖電容(despikingcapacitor)
數(shù)位IC旁的削尖電容其特質(zhì)為頻寬高915-150MHz)、容量小(470-1000pF),目的在于提供IC開關(guān)時(shí)的瞬間脈沖電流。削尖電容并非越大越好,符合上述條件的最小電容,即是最佳選擇,盡量少用大于0.1mF的電容。數(shù)位IC的頻率越高,則電容越小。0.lmF電容用在高達(dá)l5MHz的系統(tǒng)頻率,若超過l5MHz以上,就使用0.0lmF的電容。高頻寬、低電感的碟狀陶瓷電容(diskceramiccapacitor)或是多層陶瓷電容(multilayerceramiccapacitor)適合用來做為IC間的削尖電容。DRAM由于需要refreshcharge,因此需要較大的削尖電容,通常256K的DRAM需要0.lmF的削尖電容。
 
盡可能將電容靠近IC擺置,Vcc和GND腳位在晶片的對面端之標(biāo)準(zhǔn)會(huì)形成對EMI敏感的回路,如果IC的電源端靠近則回路是相當(dāng)小的,圖12說明一個(gè)典型邏輯IC的電容擺置,把電容放在Vcc和GND的中間位置。
 
8、電源線濾波器(PowerLineFilter)
如果需要進(jìn)一步濾除電源線的噪音,可使用LC或p濾波器(圖13),盡量將濾波器靠近元件,而將其它的信號繞線在濾波器的附近。
電源濾波器
圖13.電源濾波器
 
陶鐵磁珠(ferritebead)也可用來濾掉不想要的系統(tǒng)高頻噪音[Ott,1988,pp.152-156],它們提供一種較便宜的方式來增加高頻衰減,但對直流或低頻信號則不會(huì)造成信號的衰減,對于消除lMHz以上的噪音最為經(jīng)濟(jì)有效。陶鐵磁珠的阻抗通常低于l00Ω,主要應(yīng)用于低阻抗的電源電路,如電源供應(yīng)器、C級功率放大器、諧振電路與SCR開關(guān)電路等。如果單珠未能有效濾除高頻噪音,也可將多珠串連或多繞幾圈,但須注意圈數(shù)的增加,將提高雜散電容,這對高頻噪音的濾除是不利的。陶鐵磁體珠子是圓柱形且能在導(dǎo)體上滑動(dòng),用在電源供應(yīng)器時(shí),應(yīng)將磁珠靠近PCB的電源輸出端,如圖14所示。
抑制高頻噪音的ferritebead安置于電源供應(yīng)器PCB的電源輸出端
圖14.抑制高頻噪音的ferritebead安置于電源供應(yīng)器PCB的電源輸出端
 
9、信號布局
電源線與地線布局完之后,接下來的就是信號線的布局了。在布局?jǐn)?shù)位和類比混合信號的PCB時(shí),勿將數(shù)位和類比信號混雜,電路板上的數(shù)位電路、類比電路、以及易產(chǎn)生噪音的電路應(yīng)予以區(qū)隔,8如圖所示。試著先繞線最為敏感的線路,并去除電路間的藕合路徑。通常與數(shù)位電路或噪音產(chǎn)生電路介面的低階類比電路最容易受到干擾,在繞線時(shí)應(yīng)格外謹(jǐn)慎。
 
10、數(shù)位電路的噪音與布線
類比電路的噪音通常來自于電路板的外部,然而數(shù)位電路的噪音則往往由內(nèi)部產(chǎn)生,因此如何降低內(nèi)部噪音是數(shù)位電路板布線的首要考量因素。在MCU為主的系統(tǒng)中最敏感的信號是時(shí)序、重置和中斷線路,震蕩器在開機(jī)時(shí)尤為敏感。千萬不要將這些線路與高電流開關(guān)線路平行,如此易于被電磁交互藕合信號破壞。此效應(yīng)容易破壞MCU經(jīng)由中斷碼的執(zhí)行,引起非預(yù)期的重置或中斷。時(shí)序信號受到干擾,將造成失相(losephase)使整個(gè)系統(tǒng)失去同步,由于MCU的執(zhí)行是依據(jù)適當(dāng)?shù)臅r(shí)鐘脈波,因此不要期望它們能在EMI的干擾下恢復(fù)正常操作。
 
震蕩器或陶瓷共振時(shí)鐘是一種RF電路,必須繞線以減少它的發(fā)射位準(zhǔn)及敏感性。圖15以一個(gè)震蕩器或陶瓷共振器與DIP包裝的例子來說明,盡量將震蕩電路的配置靠近MCU,若是震蕩器或陶瓷共振器的本體很長,就放在PCB之下并將包裝接地。如果震蕩器在PCB之外,就將MCU放在離PCB連接器的附近,不然,就將MCU盡量擺近震蕩器以縮短繞線距離。震蕩線路的地線應(yīng)該連接元件可能使用最短繞線的接地腳位,電源和接地腳應(yīng)該直接繞線到PCB的電源部分。圖16說明PCB挈b的?/FONT>I/O接地與I/O電纜線的解藕電容布線方式。
 
11、類比電路的噪音與布線
低階信號(low-levelsignal)容易受到數(shù)位信號的干擾;如果類比和數(shù)位信號必須混雜,要確定彼此的線路相交成90度角,這將會(huì)降低交互藕合(crosscoupling)的效應(yīng)。
 
如果類比電路的signalreference未與數(shù)位線路隔離的話,類比-數(shù)位轉(zhuǎn)換器的信號會(huì)受到嚴(yán)重的干擾,因此不可將數(shù)位電源和接地直接輸入類比-數(shù)位轉(zhuǎn)換器的signalreference線路。這些腳位應(yīng)直接繞線自母板的電源端之參考電壓,此電壓參考腳位應(yīng)用lK歐姆的電阻和l.0mF電容來濾波。
石英或陶瓷共振電路的線路布局
圖15.石英或陶瓷共振電路的線路布局
PCB『干凈的I/O』接地與I/O電纜線的解藕電容布線方式
圖16.PCB『干凈的I/O』接地與I/O電纜線的解藕電容布線方式
 
四、PCB設(shè)計(jì)布局降低噪音的檢查要項(xiàng)
以下列出在量產(chǎn)線路板之前的詳細(xì)檢查表,這些檢查項(xiàng)目是集合市場經(jīng)驗(yàn)以及實(shí)作應(yīng)用的經(jīng)典[Montrose,1996;Ott,1988]。
 
1、抑制噪音源
? 在符合設(shè)計(jì)規(guī)格的前提下,使用最低頻率的時(shí)鐘以及最和緩的上升時(shí)間。
? 如果時(shí)鐘電路在電路板外,則將相關(guān)之時(shí)序電路(如MCU)靠近連接器,否則,就放在母板中間。
? 將震蕩器平放于PCB并接地。
? 盡可縮小時(shí)序信號的回圈區(qū)域。
? 將數(shù)位I/O驅(qū)動(dòng)器(digitalI/Odriver)放置于PCB外緣。
? 將進(jìn)入PCB的信號予以適當(dāng)濾波。
? 將離開PCB的噪音信號予以適當(dāng)濾波。
? 使用碟狀陶瓷電容(diskceramiccapacitor)或是多層陶瓷電容(multilayerceramiccapacitor)做為數(shù)位邏輯IC的削尖電容。
? 盡量將數(shù)位IC之despikingcapacitor靠近IC旁邊。
? 使用排線包裝的OP放大器,將"+"端接地,以"-"端作為輸入信號端。
? 提供適當(dāng)?shù)耐徊ㄗ枘?surgeabsorber)給繼電器線圈。
? 使用45度角(圓弧更佳)的繞線以取代90度角來減少高頻輻射。
? 如果需要,在產(chǎn)生高頻噪音的電源線用feed-throughcapacitor連接外部。
? 如果需要,在產(chǎn)生高頻噪音的電源線串接陶鐵磁珠(ferritebead)以濾除高頻噪音。
? 將shieldcable兩端均接地(但并非作為地線),以降低電磁輻射。
 
2、減少噪音藕合
? 如果經(jīng)濟(jì)許可,使用多層電路板來分開PCB上不同性質(zhì)的電路。4層板PCB,通常外面的兩層為信號,中間兩層為電源層(powerlayer)與地線層(groundlayer)。如電路板為數(shù)位類比混合電路,應(yīng)將數(shù)位與類比的跑線分別布線,最后再將地線予以單點(diǎn)連接。
? 對單層及雙層線路板使用單點(diǎn)電源和接地的布局。如采用雙層線路板制作以微處理器為基礎(chǔ)的控制板(數(shù)位類比混合電路),則應(yīng)特別注意數(shù)位與類比電路『電源線』與『地線』的布局。
? 選用晶片組以縮短時(shí)序的傳輸線。
? 將digitalI/O晶片組安置于PCB邊緣并靠近連接器。
? 高速邏輯閘僅限用于特定功能之電路。
? 對電源和接地使用寬繞線。
? 保持時(shí)序繞線、匯流排和晶片致能與I/O腳位和連接器分隔開。
? 盡量將數(shù)位信號線路(尤其是時(shí)鐘信號)遠(yuǎn)離類比輸入和電壓參考腳位。
? 當(dāng)與混合信號轉(zhuǎn)換器并用時(shí),勿將數(shù)位和類比線路相交,信號的繞線要彼此遠(yuǎn)離。
? 分隔噪音與低階類比信號腳位。
? 將時(shí)序信號與I/O信號垂直繞線。
? 將時(shí)序電路遠(yuǎn)離I/O信號線。
? 盡量使敏感腳位的長度越短越好。
? 用寬扁的繞線處理重要的線路,并在繞線的每一邊采用接地保衛(wèi)環(huán)。
? 勿將敏感的信號線與高電流、快速交換信號并行。
? 縮短解藕電容的腳位長度。
? 高頻線路應(yīng)保持短而直接。
? 縮短時(shí)序與其他周期性信號的繞線長度。
? 避免繞線于震蕩器和其它對噪音極度敏感的電路之下。
? 過濾任何進(jìn)入包含敏感線路的信號線。
? 當(dāng)?shù)碗A信號與噪音腳位位于同一個(gè)連接器上時(shí),例如扁狀電線(flatcable),盡量將之分離并以地線置于其間。
? 避免低階(low-level)、低頻(low-frequency)電路的接地回路(groundloop)。
? 將噪音線扭絞(twisted)以抵消相互間之藕合與電磁輻射。
? 使用所有IC內(nèi)的電源和接地腳位,勿空接。
 
3、降低噪音吸收
? 盡量避免任何信號回圈,否則就減少回圈范圍。
? 分隔信號、噪音和硬體電源和接地。
? 使用可選擇頻率的濾波器來應(yīng)用。
? 連接所有未用到的輸入到電源或接地。
? 在所有的類比參考電壓加旁路電容。
? 將管狀電容(tubularcapacitor)的外圍箔片接地。
? 將電解電容并聯(lián)一個(gè)高頻電容。
? 對高效率類比及混合信號ICS不要使用IC座。


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