SMB优化设计 - 江西信息应用职业技术学院

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1、PCB设计的策略与技巧尽管现在的EDA工具很强大，但随着PCB尺寸要求越来越小，器件密度越来越高，极其苛刻的布线规则，这些都使得PCB设计的难度并不小。如何实现PCB高的布通率以及缩短设计时间呢？本文简要介绍PCB规划、布局和布线的设计技巧和要点，希望能从下面一些具体的例子的中带给大家一些启发。概述PCB设计主要包括:一.信号完整性设计二.工艺及结构设计三.热设计一信号完整性设计信号完整性设计：即是对信号质量的控制,它在很大程度上决定着整个电路板性能的好坏,产品的正常功能能否实现、可靠性问题、EMC能否达标都是此设计阶段的主要任务。主要考虑的方面：1、电路板层数

2、的设计2、混合信号的分区设计3、地线的设计4、去藕和旁路电容设计5、布线设计１．电路板的层数设计电路板的层数设计要考虑到电气性能、器件密度、成本和结构等各方面的要求。设计师需要综合考虑来取得折中方案。“五－五”规则：即时钟频率大于５MHz或者脉冲上升时间小于５ns，宜于选择多层电路板。（１）Vcc、GND的层数单板电源的层数由其种类数量决定：对于单一电源供电的PCB，一个电源平面足够了；对于多种电源，若互不交错，可考虑采取电源层分割（保证相邻层的关键信号布线不跨分割区）；对于电源相互交错的单板，则必须考虑采用2个或以上的电源平面。对于地的层数要考虑：元件面下面（

3、第2层或倒数第2层）有相对完整的地平面。高频、高速、时钟等关键信号有一相邻地平面。关键电源应与其对应地平面相邻。从屏蔽的角度考虑，地平面一般均作了接地处理，并作为基准电平参考点，其屏蔽效果远远优于电源平面。因此，在选择参考平面时，应优选地平面。（２）电源层、地层、信号层的相对位置单板层的排布一般原则：元件面下面（第二层）为地平面，提供器件屏蔽层以及为顶层布线提供参考平面。所有信号层尽可能与地平面相邻。尽量避免两信号层直接相邻。主电源尽可能与其对应地相邻。兼顾层压结构对称。２０Ｈ原则：一般电源层敷铜要内缩于地层，即电源层到板边的距离要比地层到板边的距离大２０Ｈ（Ｈ

4、指的是电源层到相应地层的层间厚度）．四层板，优选方案1方案１为现行四层PCB的主选层设置方案，在元件面下有一地平面，关键信号优选布TOP层。例１至于层厚设置，有以下建议：●满足阻抗控制●芯板（GND到POWER）不宜过厚，以降低电　　　源到地平面的分布阻抗，保证电源平面的去耦效果六层板，优选方案3对于六层板，优先考虑方案3，优选布线层S2，其次S3、S1。主电源及其对应的地布在4、5层。层厚设置时，增大S2-P之间的间距，缩小P-G2之间的间距（相应缩小G1-S2层之间的间距），以减小电源平面的阻抗，减少电源对S2的影响。在成本要求较高时，可采用方案1，优选布线

5、层S1、S2，其次S3、S4。与方案1相比，方案2保证了电源、地平面相邻，减少电源阻抗，但S1、S2、S3、S4全部裸露在外，只有S2才有较好的参考平面。对于局部、少量信号要求较高的场合，方案4比方案3更合适，它能提供极佳的布线层S2。（注：S－信号层，P－电源层，G－地层）２．混合信号PCB的分区设计混合信号电路PCB的设计很复杂，元器件的局、布线以及电源和地线的处理将直接影响到电路性能和电磁兼容性能。如何降低数字信号和模拟信号间的相互干扰呢？在设计之前必须了解电磁兼容(EMC)的两个基本原则：第一个原则是尽可能减小电流环路的面积；第二个原则是系统只采用一个参

6、考面。相反，如果系统存在两个参考面，就可能形成一个偶极天线(注：小型偶极天线的辐射大小与线的长度、流过的电流大小以及频率成正比)；而如果信号不能通过尽可能小的环路返回，就可能形成一个大的环状天线(注：小型环状天线的辐射大小与环路面积、流过环路的电流大小以及频率的平方成正比)。在设计中要尽可能避免这两种情况。一种建议将混合信号电路板上的数字地和模拟地分割开，这样能实现数字地和模拟地之间的隔离。尽管这种方法可行，但是存在很多潜在的问题，在复杂的大型系统中问题尤其突出。最关键的问题是不能跨越分割间隙布线，一旦跨越了分割间隙布线，电磁辐射和信号串扰都会急剧增加。在PCB

7、设计中最常见的问题就是信号线跨越分割地或电源而产生EMI问题。例２如图1所示，我们采用上述分割方法，而且信号线跨越了两个地之间的间隙，在这种情况下当把分割地在电源处连接在一起时，将形成一个非常大的电流环路。流经大环路的高频电流会产生辐射和很高的地电感，如果流过大环路的是低电平模拟电流，该电流很容易受到外部信干扰。另外，模拟地和数字地通过一根长导线连接在一起会构成偶极天线。图１方法一：如果必须对地线层进行分割，而且必须通过分割之间的间隙布线，可以先在被分割的地之间进行单点连接，形成两个地之间的连接桥，然后通过该连接桥布线。这样，在每一个信号线的下方都能够提供一个直

8、接的电流回流路径，从而使