PCB部落格 - 如何使用protel軟體設計高速PCB板

為了繼續提高大家對 PCB電路板 設計軟體, 本文將解釋如何設計高速 PCB板基於protel的電路設計軟件. 電路設計軟件的意義在於設計電路. 沒有電路設計軟件, 電路設計將變得非常麻煩. 本文將解釋如何設計高速 PCB板基於protel的電路設計軟件.

1.問題

在高速電路設計中，電路板上的電感和電容可以使有線等效於傳輸線。 終端組件的不當放置或高速訊號的錯誤路由可能會導致傳輸線效應問題，導致系統輸出的數據不正確、電路操作不當，甚至根本不操作。 基於傳輸線模型，可以得出結論，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。 為了設計出能够可靠工作的高速PCB板，必須充分仔細地考慮設計，以解决佈局和佈線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。 討論在使用PROTEL設計軟體實現高速電路印刷電路板設計過程中需要注意的佈局和佈線的一些相關原則，並提供一些實用且經驗證的高速電路佈局和佈線科技，以改進高速電路板。 設計信度和效度。 結果表明，該設計縮短了產品開發週期，提高了市場競爭力。

2.高頻系統的佈局設計

在電路的PCB板設計中，佈局是一個重要環節。 佈局結果的質量將直接影響佈線效果和系統的可靠性，這在整個印刷電路板設計中是耗時且困難的。 高頻PCB板的複雜環境使得高頻系統的佈局設計難以使用他們所學的理論知識。 這要求佈局人員必須具有豐富的高速PCB板製作經驗，避免在設計過程中走來走去。 並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，在佈局之前劃分整個電路的功能，將高頻電路與低頻電路分開，並將類比電路與數位電路分開。 避免長導線引起的傳輸延遲，提高電容器的去耦效果。 此外，注意引脚和電路組件以及其他管的相對位置和方向，以减少相互影響。 所有高頻部件應遠離底盤和其他金屬板，以减少寄生耦合。 其次，佈局時應注意組件之間的熱效應和電磁效應。 這些影響對於高頻系統尤其嚴重，應採取措施使其遠離或隔離、散熱和遮罩。 大功率整流管和調節管應配備散熱器，並應遠離變壓器。 電解電容器等耐熱部件應遠離加熱部件，否則，電解液會乾燥，導致電阻新增，效能不佳，影響電路的穩定性。 佈局中應有足够的空間來佈置防護結構並防止引入各種寄生耦合。 為了防止印刷電路板上線圈之間的電磁耦合，兩個線圈應以直角放置，以降低耦合係數。 也可以使用垂直板隔離的方法。 直接使用其組件的引線在電路上焊接。 引線越短越好。 不要使用連接器和焊盤，因為相鄰焊盤之間存在分佈電容和分佈電感。 避免在晶體振盪器、林、類比電壓和參攷電壓訊號跡線周圍放置高雜訊組件。 在確保固有質量和可靠性的同時，考慮到整體美觀和合理的電路板規劃，組件應平行或垂直於板表面，平行或垂直與主機板邊緣。 電路板表面的組件分佈應盡可能均勻，密度應相同。 這不僅美觀，而且易於安裝和焊接，易於批量生產。

3.高頻系統接線

在高頻電路中，連接線的電阻、電容、電感和互感的分佈參數不能忽略。 從抗干擾的角度來看，合理佈線是儘量減少電路中的線路電阻、分佈電容和雜散電感， 由此產生的雜散磁場在一定程度上减小，從而抑制了電路雜訊引起的分佈電容、漏磁通、電磁互感和其他干擾。 PROTEL設計工具在中國的應用相當普遍。 然而，許多設計師只關注“通過率”，在設計中沒有使用對PROTEL設計工具進行的改進以適應設備特性的變化，這不僅使得設計工具資源浪費嚴重，也使得許多新設備的優异效能難以發揮。 下麵介紹PROTEL99 SE工具可以提供的一些特殊功能。

1）高頻電路器件的引脚之間的引線彎曲得越少越好。 使用完整的直線。 當需要彎曲時，可以用45°折疊線或圓弧彎曲，這可以减少高頻訊號的外部發射和相互耦合。 使用PROTEL佈線時，在“設計”選單的“規則”中選擇45度或圓角。 還可以使用shift+空白鍵在行之間快速切換。

2）高頻電路器件引脚之間的引線越短越好。 PROTEL 99滿足短接線的有效方法是在自動接線之前為各個關鍵高速網絡預留接線。 在“設計”選單“規則”中選擇“路由拓撲”中的最短路徑。

3）高頻電路器件的引脚之間的引線層之間的交替越少越好。 也就是說，組件連接過程中使用的通孔越少越好。 一個通孔可以帶來0.5pF的分佈電容，减少通孔數量可以顯著提高速度。

4）對於高頻電路佈線，注意訊號線並聯佈線引入的“交叉干擾”或串擾。 如果無法避免平行分佈，則可在平行訊號線的相對側佈置大面積“接地”，以大大减少干擾。 同一層中的平行線幾乎不可避免，但在兩個相鄰層中，線的方向必須相互垂直，這在PROTEL中不難實現，但容易忽略。 在“佈線層”的“設計”選單“規則”中，選擇“水准”作為頂層，選擇“垂直”作為底層。 此外，在“位置”中提供了“多邊形平面”功能，即多邊形網格銅箔表面。 如果放置，多邊形將被視為整個印刷電路板的一個表面，並應用該銅。 它連接到電路的GND，可以提高高頻抗干擾能力，並且對散熱和印製板强度也有很大好處。

5）對於特別重要的訊號線或本地單元，應實施接地線包圍措施。 “工具”中提供了“輪廓選定對象”，可用於自動“接地”選定的重要訊號線（如振盪器電路LT和X1）。

6）通常，電路的電源線和地線設定得比訊號線寬。 您可以使用“設計”選單中的“類別”將網絡分為電力網絡和訊號網絡。 結合佈線規則的設定，可以輕鬆執行。 電源線和訊號線的線寬切換。

7）各種跡線都不能形成回路，地線也不能形成電流回路。 如果產生環路，將對系統造成很大干擾。 在這方面，可以使用菊花鏈佈線方法，這可以有效避免佈線過程中形成回路、分支或樹樁，但也帶來了不易佈線的問題。

8）根據各種晶片的數據和設計，估計通過電源線的電流，並確定所需的導線寬度。 根據經驗公式，可以得到：W（線寬）L（mm/A）I（A）。 根據電流大小，儘量新增電源線的寬度，以降低回路電阻。 同時，電源線和地線的方向與資料傳輸方向一致，有助於增强抗雜訊能力。 必要時，可在電源線和地線上添加由銅線繞鐵氧體製成的高頻扼流裝置，以封锁高頻雜訊的傳導。

9）同一網絡的佈線寬度應保持相同。 線寬的變化將導致線路的特性阻抗不均勻。 當傳送速率高時，會發生反射，這在設計中應盡可能避免。 同時，新增平行線的線寬。 當線的中心距離不超過線寬度的3倍時，可以保持70%的電場而不相互干擾，這被稱為3W原理。 這樣，可以克服由平行線引起的分佈電容和分佈電感的影響。

4.電源線和地線的設計

為了解决由 電源  由高頻電路引入的雜訊和線路阻抗， 必須充分考慮高頻電路供電系統的可靠性. 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, 後者的生產工藝更複雜，成本更高. 因此, 網絡型電源匯流排科技可用於佈線, 囙此每個組件都屬於不同的迴圈, 網絡上每一條匯流排上的電流趨於平衡, 减少由 線路阻抗引起的電壓降. 高頻傳輸功率相對較大, 大面積的銅可用於在附近尋找低電阻接地平面，用於多點接地. 因為接地線的感應電抗與頻率和長度成正比, 工作頻率高時，公共接地阻抗將新增,  這將新增 電磁干擾  由公共接地阻抗產生， 囙此，接地線的長度要求盡可能短. 最小化訊號線的長度，新增接地回路的面積. 在晶片的電源和接地端子處設定一個或多個高頻去耦電容器，為集成晶片的瞬態電流提供附近的高頻通道, 使得電流不會通過具有大回路面積的電源線, 從而大大降低輻射雜訊. 有必要選擇具有良好高頻訊號的單片電容陶瓷電容器作為去耦電容器. 使用大容量鉭電容器或聚酯電容器代替電解電容器作為電路充電的儲能電容器. 因為電解電容器的分佈電感很大, 它對高頻無效. 使用電解電容器時, 與去耦電容器成對使用，具有良好的高頻效能 PCB板 特點.