電路設計 - 基於PROTEL的高速PCB電路板設計

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Discuss some layout and wiring related principles that need to be paid attention to in the process of using PROTEL design software to realize high-speed circuit PCB設計, 並提供一些實用且經驗證的高速電路佈局和佈線科技，以提高高速電路板設計的可靠性和有效性. 結果表明，該設計縮短了產品開發週期，提高了市場競爭力.

1提出的問題

隨著電子系統設計複雜性和集成度的大規模新增，時鐘速度和器件上升時間越來越快，高速電路設計已成為設計過程的重要組成部分。 在高速電路設計中，電路板上的電感和電容將使導線等效於傳輸線。 終端組件的不正確佈局或高速訊號的不正確接線將導致傳輸線效應問題，這將導致系統輸出不正確的數據，電路無法正常工作，甚至根本無法工作。 基於傳輸線模型，綜上所述，傳輸線將給電路設計帶來訊號反射、串擾、電磁干擾、電源和接地雜訊等不利影響。

為了設計一個 高速PCB 能够可靠工作的電路板, 有必要充分仔細地考慮設計, 解决佈局過程中可能出現的一些不可靠問題, 縮短產品開發週期, 提高市場競爭力.

2高頻系統佈局設計

在電路的PCB設計中，版圖是一個重要的環節，版圖的結果將直接影響佈線的效果和系統的可靠性，這是整個印刷電路板設計中最耗時、最困難的部分。 高頻PCB的複雜環境使得高頻系統的佈局設計難以使用所學的理論知識。 它要求佈局人員必須具有豐富的高速PCB製造經驗，以避免在設計過程中走彎路。 提高電路工作的可靠性和有效性。 在佈局過程中，應綜合考慮機械結構、散熱、電磁干擾、未來佈線的方便性和美觀性。

首先，在佈局之前，將整個電路劃分為功能。 高頻電路與低頻電路分離，類比電路與數位電路分離。 每個功能電路都盡可能靠近晶片中心。 避免導線過長引起的傳輸延遲，提高電容器的去耦效果。 此外，注意引脚與電路元件和其他管之間的相對位置和方向，以减少其相互影響。 所有高頻部件應遠離主機殼和其他金屬板，以减少寄生耦合。

其次，在PCB佈局過程中，應注意元件之間的熱效應和電磁效應。 這些影響對高頻系統尤其嚴重，應採取距離或隔離、散熱和遮罩等措施。 大功率整流管和調節管應配備散熱器，並遠離變壓器。 耐高溫部件（如電解電容器）應遠離加熱部件，否則電解液會變幹，導致電阻增大和效能不良，這將影響電路的穩定性。

最後，在保證固有質量和可靠性的同時，考慮到整體美觀，應進行合理的電路板規劃。 組件應平行或垂直於板面，並平行或垂直於主機板邊緣。 板表面組件的分佈應盡可能均勻，密度應一致。 這樣不僅美觀，而且易於組裝和焊接，易於批量生產。

3高頻系統接線

在高頻電路中，連接導線的電阻、電容、電感和互感的分佈參數不容忽視。 從抗干擾的角度來看，合理佈線是為了儘量減少線路電阻、分佈電容和電路中的雜散電感。， 由此產生的雜散磁場减小到最小，從而抑制了分佈電容、漏磁通、電磁互感和其他由雜訊引起的干擾。

下麵介紹了PROTEL99 SE工具可以提供的一些特殊功能。

（1）高頻電路設備引脚之間的導線應盡可能少地彎曲。 最好使用完整的直線。 當需要彎曲時，可以使用45°折線或圓弧來减少高頻訊號的外部發射和相互干擾。 之間的耦合。 使用PROTEL佈線時，您可以在“設計”選單“規則”中的“佈線角”中選擇45度或圓角。 您還可以使用shift+空白鍵在行之間快速切換。

（2）高頻電路設備引脚之間的引線越短越好。

PROTEL 99滿足最短佈線的最有效方法是在自動佈線之前為各個關鍵高速網絡預約佈線。 在“設計”選單“規則”的“佈線拓撲”中選擇“最短”。

（3）高頻電路器件引脚之間的引線層交替盡可能小。 也就是說，組件連接過程中使用的過孔越少越好。

（4）對於高頻電路佈線，請注意訊號線並聯佈線引入的“交叉干擾”，即串擾。 如果無法避免並行分佈，則可以在並行訊號線的另一側佈置大面積的“地”

4電源線和地線的設計

為了解决由高頻電路引入的電源雜訊和線路阻抗引起的電壓降，必須充分考慮高頻電路中電源系統的可靠性。 通常有兩種解決方案：一種是使用電源匯流排科技進行佈線； 另一種是使用單獨的電源層。 相比之下，後者的製造過程更複雜，成本更高。 囙此，可以使用網絡型電源匯流排科技進行佈線，使每個組件屬於不同的回路，並且網絡上每個匯流排上的電流趨於平衡，减少線路阻抗引起的電壓降。

5其他高速電路設計科技

串擾是指當訊號在傳輸線上傳播時，由於電磁耦合到相鄰傳輸線而引起的不良電壓雜訊干擾。 耦合分為電容耦合和電感耦合。 過多的串擾可能會導致電路錯誤觸發，並導致系統無法正常工作。 根據串擾的一些特點，可以總結出幾種减少串擾的主要方法：

（1）新增線間距，减少平行長度，並在必要時使用點動方法進行佈線。

（2）當高速訊號線滿足條件時，添加端接匹配可以减少或消除反射，從而减少串擾。

（3）對於微帶傳輸線和帶狀傳輸線，將跡線高度限制在地平面範圍內可以顯著减少串擾。

使用差分線路傳輸數位信號是控制破壞高速數位電路中信號完整性因素的有效措施. 印刷電路板上的差分線相當於在准TEM模式下工作的差分微波集成傳輸線對. 其中, PCB頂部或底部的差分線等效於耦合微帶線，位於 多層PCB 差分線等效於寬邊耦合帶狀線.