PCB新聞 - 電路板設計中如何合理佈線

PCB板 佈線可以說是一門藝術. 一個優秀的電路板設計必須考慮所有方面, 包括電路原理和功能的實現, 還要考慮電磁干擾的電力特性, EMC, 靜電放電, 信號完整性, 等., 以及高功率晶片的機械結構和散熱. 然後考慮電路板的美觀. 這在我們的PCB複製板行業中也很重要.

在你開始學習探索之前 PCB佈局, 您可能會看到各種規則 PCB佈局 在各種參考書中. 儘管許多規則在某種程度上可能具有相同的含義, 他們是不同的. 在實際佈局實踐中會有不同的重點, 規則之間甚至會有衝突. 例如：規則一是訊號傳輸路徑盡可能短, 規則二是高頻佈線需要阻抗匹配.

在考慮DDR記憶體匯流排的佈局時，SOP封裝的記憶體晶片不可能對所有磁軌實現規則一。 正確的方法是在綜合考慮阻抗匹配的情况下，在相對最短的時間內實現所有軌跡。 囙此，實際佈線中規則之間的不相容會導致讀者在佈線過程中自覺有效地使用這些規則，產生各種疑問，甚至迷失在這種或那種一般規則中。 需要強調的是，各種佈線規則只是指導原則，實際佈線過程應與不斷的妥協相結合，以實現最大的效果。 我認為，只要你在實際佈線中有意識地注意這些規則，或多或少會對佈線的效果有所幫助。

1、從整個系統的角度，分析每個模塊訊號的性質，確定其在整個系統中的位置，從而確定模塊在佈局和佈線中的優先順序對整個系統具有重要意義，這需要在實際佈線過程中，對每個模塊的具體處理進行優先順序排序。

總佈置規則要求區分模塊是類比電路還是數位電路，是高頻電路還是低頻電路，是主要干擾源還是敏感關鍵訊號，等等。 囙此，有必要在佈局之前仔細分析每個模塊訊號的内容，包括模塊内容、功能、電源、特定訊號頻率、電流、電流強度等，以確定模塊在PCB板上的佈局。 通常，當機械結構確定時，一個複雜系統將有N種不同的佈局方法，這需要折衷一些規則，從系統的角度尋找最優佈局。

在數位模塊中，會有一個時鐘，如SDRAM的時鐘，而時鐘電路是影響EMC的主要因素。 集成電路的大部分雜訊與時鐘頻率及其多重諧波有關。 如果時鐘訊號是正弦波的形式，如果處理不當，它將為系統貢獻該頻率的干擾源或該頻率的倍數。 如果時鐘訊號是方波的形式，它將給系統帶來雜訊。 分散頻率干擾源。 同時，時鐘仍然是一種易受干擾的訊號。 如果時鐘受到干擾，對數位系統的影響可想而知。 囙此，時鐘電路模塊是一個關鍵模塊，在佈局和佈線過程中優先考慮各種規則。

現時，許多嵌入式硬體系統中也有各種中斷模塊。 中斷觸發器包括電平觸發器和邊緣觸發器。 一旦遇到被設定為上升沿觸發器的中斷，由於外部干擾而連續觸發，最終導致RTO因無法處理而被阻塞的現象。

根據這一原理分析了兩種簡單的電路佈局。 在我接觸到的一個手機硬體平臺中，顯示幕的亮度電路是通過使用具有不同脈衝寬度的PWM訊號和RC積分器電路來建立不同的背光電壓來實現的。 與時鐘相比，PWM訊號在一定意義上對整個系統的電磁干擾具有相同的影響。 但如果仔細分析，您應該知道，如果集成電路的PWM訊號在傳輸到PCB板之前在盡可能短的路徑中建立了類比電平，也就是說，電阻和電容盡可能接近PWM。 引脚放置，以便將PWM對系統的干擾降至最低。 在手機硬體平臺的設計中，射頻部分和音訊部分是系統的覈心，這兩部分的佈線佔據了絕對的覈心位置，並在佈線時將其放在優先位置。 囙此，在實際佈局和佈線中，這兩個模塊的訊號線分別佈置在中間層，在相鄰層中使用電源層和接地層對其進行遮罩，其他模塊儘量遠離這兩個模塊，以避免引入干擾。 此外，嘗試考慮這樣一個細節：具有非常小麥克風輸入的音訊訊號在輸入到音訊ADC之前需要放大到一定程度。 我們知道，抽象意義上的通道傳輸信噪比是衡量雜訊對系統影響的名額。 可以交叉引用，在音訊訊號被放大之前，一個小的雜訊會與通道串擾，而音訊訊號在音訊訊號被放大之後進入通道。 如果該通道的路徑無法通過具有强幹擾源的區域，建議在傳輸之前將音訊訊號放大。

例如, 複雜系統的匯流排通常連接到一種設備. 例如, I2C匯流排可以連接到127個從設備. 在一些機上盒硬體平臺中, 解調器, 調諧器, 和E2PROM通常連接. 這也要求在共亯匯流排的頻率上區分不同的設備, 使用頻率高的設備應放在相對重要的位置. 例如, 上述QAMI5516平臺上的EMI介面使用SDRAM和閃存設備. 基於對系統的理解, SDRAM放入即時操作系統的運行程式碼, 閃存用作存儲介質. 軟件系統運行期間, SDRAM比閃存具有更多的讀寫操作, 囙此，應首先完成佈線過程. 考慮SDRAM的位置.

2、模組化和結構化的思想不僅體現在硬體原理設計上，還體現在佈局和佈線效果上。 今天的硬體平臺變得越來越集成，系統變得越來越複雜。 當然，它需要是否是硬體原理圖。 在PCB佈局設計中，仍然使用模組化和結構化設計方法。 如果你接觸過大規模FPGA或CPLD，你就會知道複雜IC的設計不可避免地需要自上而下的模組化設計方法。 囙此，作為一名硬體工程師，在理解系統整體架構的前提下，首先應該有意識地將模組化設計思想融入原理圖和PCB佈線設計中。 例如，數位電視機上盒QAMI5516硬體平臺的主IC具有以下模塊：ST20：時鐘頻率為180MHZ的32比特RISC CPU

PTI：傳輸流處理單元顯示：MPEG-2解碼，顯示處理單元解調器：QAM解調器記憶體介面：不同應用系統所需的不同記憶體介面STBUS：每個模塊周邊設備的資料通信匯流排：UART、智慧卡、IIC公司、GPIO、， PWM和其他常見周邊設備音訊：音訊輸出介面視頻：視頻輸出介面QAMI5516的模組化設計過程不一定需要硬體工程師瞭解系統的所有方面，但在設計硬體平臺時，不可避免地需要將實際應用中使用的不同IC模塊的介面部分視為一個子系統。 處理：例如，在佈局和佈線期間，音訊電路和視頻電路應在整個區域內進行。 這樣做不僅延續了IC模組化設計的思想，而且有助於在需要時對PCB板進行物理分離，减少不同模塊之間的電力耦合，並有助於整個系統的調試。 我們知道，檢查硬體調試是最容易的。 處理電路原理設計錯誤的方法是“治療您的頭和脚”，即在上述QAMI5516平臺中，如果電路的音訊部分有問題，首先要做的是檢查和驗證音訊模塊。

模組化的思想也體現在系統匯流排的佈線中。 通常，匯流排分為3種類型：CONCROL匯流排、數据總線和ADDR匯流排。 例如，上述QAMI5516中的SMI使用工作頻率為100MHZ的16M SDRAM，這要求將這組匯流排統一為一個整體，以考慮佈線過程中的阻抗匹配。 在實際佈線過程中，不可能稀疏地佈置這些線路。

模組化的思想也有利於PCB板的佈局。

模組化的思想也有助於擴展或修改硬體系統的功能。

3、注意電源完整性，在佈置接線時優先處理電源和地線。 在任何電子系統中，干擾源對系統的干擾只不過是兩種方式：一種是通過導體傳輸，另一種是通過電磁輻射通過空間傳輸。 聯軸器。 在低頻系統中，它主要是第一條路徑。 在高頻系統中，干擾的很大一部分原因是通過導體的傳輸。 其中，更明顯的是，集成電路產生的雜訊通過電源和接地干擾整個系統。 囙此，電源的完整性或電源的質量對整個系統的抗干擾能力至關重要。 功率完整性實際上是信號完整性的一部分，但考慮到功率對所有系統的重要性，在此單獨列出。 應該指出的是，在實際系統中這樣做並不容易。 系統中始終存在不同頻率的雜訊。 在電路設計和PCB佈局佈線中，它只是試圖降低各種頻率的雜訊，從而提高系統的整體抗雜訊效能。 同時，在複雜系統中，降低系統雜訊不是改變一個或兩個電容器的值，而是要注意電源濾波效果的積累。 在手機的硬體設計中，有專用的PMU來管理和為每個模塊供電，但PMU都來自VBAT。 很難想像，如果靈敏音訊運算放大器的電源未經過濾而直接取自VBAT，或者，與向SDRAM供電的電路一樣，未經過濾，並且允許數位電路這一部分的開關雜訊污染整個VBAT。 後果是什麼？

如果對電源完整性給予足够的重視，那麼在將上述每個模塊進行模組化和仔細分析後，這一部分相對容易處理。 IC電源VCC的通常規則通常由旁路電容器和去耦電容器處理，並在佈置電路板時儘量使這些電容器接近IC的功率輸入。 如果你在一個要求嚴格的系統中，你也可以使用LCCL電路對不同的敏感頻率進行濾波（串聯一個電感器或磁珠，以及一個電解電容器和一個陶瓷電容器，然後串聯一個小電感器。具體值需要遵循相應的頻率確定）。 我曾經做過一個複雜的系統。 由於系統解調器的覈心電源上沒有旁路電容，解調器解調後的誤碼率無法承受。 對於系統中各種GND的處理，通常需要分析電流的返回路徑。 電流具有始終選擇阻抗最小的回路的特性。 這是一個核心原則，可以通過PCB佈線中的“銅線敷設”模式來理解。 “鋪設銅線”通常用於網絡接地。 所有數位信號都可以抽象為最基本的門級電路。 GND也是訊號返回路徑的一部分。 GND是通過“鋪設銅線”使訊號路徑上的總阻抗更小。 “附近接地”和“最小化接地阻抗”也基於此類考慮。

以上是電路板設計中合理佈線的介紹. Ipcb也提供給PCB製造商和 PCB製造技術.