PCBA科技 - 如何使用Protel電路設計軟體設計高速PCB

電路設計軟件的意義在於電路設計. 無電路設計軟件, 電路設計將變得非常麻煩. 用於電路設計軟件, 以前的許多文章中都介紹了小系列. 為了不斷提高我們對電路設計軟件的理解, 本文將解釋如何設計 高速PCB 基於Protel的電路設計軟件. 如果你對電路設計軟件感興趣, 請繼續閱讀.

第一，提出問題

在高速電路設計中，電路板線路的電感和電容使導線等效於傳輸線。 終端組件的錯誤佈局或高速訊號的錯誤佈線可能會導致傳輸線效應問題，從而導致系統輸出錯誤數據、電路工作异常甚至完全不工作。 根據傳輸線模型可以得出結論，傳輸線將對電路設計帶來不利影響，例如訊號反射、串擾、電磁干擾、電源和接地雜訊。

為了設計出可靠的高速PCB板，必須充分考慮設計，解决佈局和佈線中一些不可靠的問題，縮短產品開發週期，提高市場競爭力。

在用PROTEL設計軟體實現高速電路印刷電路板設計的過程中，本文討論了一些相關的佈局和佈線原則，並提供了一些實用且經驗證的高速電路佈局和佈線科技，提高了高速電路板設計的可靠性和有效性。 結果表明，該設計可以縮短產品開發週期，提高市場競爭力。

第二，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，版圖結果的質量將直接影響到佈線的效果和系統的可靠性，這在整個印刷電路板的設計中是非常耗時的。 高頻PCB的複雜環境使得用所學的理論知識進行高頻系統的佈局設計變得困難，這就要求電路板佈局人員必須具有豐富的高速PCB製造經驗，以减少設計過程中的分離，提高電路工作的可靠性和有效性。 在佈局過程中，應該從機械結構、鬆動、電磁干擾、未來佈線的方便性、美觀性等方面綜合考慮。

首先，在佈局之前，整個電路應該進行功能劃分，高頻電路和低頻電路應該分開，類比電路和數位電路應該分開，每個功能電路應該以盡可能靠近晶片的位置為中心進行佈置，並且連接應該越短， 為了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筦道的相對位置和方向，以减少相互影響。 所有高頻部件應遠離外殼和其他金屬板，以儘量減少寄生耦合。

其次，應注意佈局中組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，應採取措施遠離或隔離、散熱和遮罩。 大功率整流器和調節管應配備散熱器，並遠離變壓器。 電解電容器和其他耐熱元件應遠離加熱元件，否則電解液會被烘乾，導致電阻增大，效能較差，影響電路的穩定性。 佈局應為保護結構留有足够的空間，並防止引入各種寄生耦合。 為了防止PCB上線圈之間的電磁耦合，兩個線圈應成直角放置，以降低耦合係數。 也可以使用垂直板隔離。 用其部件的引線直接焊接在電路上，盡可能短，不要使用連接器和焊縫，因為相鄰焊縫之間存在分佈電容和分佈電感。 避免在晶體振盪器、RIN、類比電壓和參攷電壓訊號接線周圍放置高雜訊元件。

為了在保證固有質量和可靠性的同時，兼顧整體美觀，合理規劃電路板，元器件應平行或垂直於板面，並與主機板邊緣平行或垂直。 元件應均勻分佈在具有相同密度的電路板上。 這樣，不僅美觀且易於安裝焊接，便於批量生產。

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。 從抗干擾的角度考慮，合理的佈線是儘量減少線路電阻、電路中的分佈電容和雜散電感，並將由此產生的雜散磁場降低到最小。 囙此，可以抑制由雜訊引起的分佈電容、漏磁、電磁互感和其他干擾。

下麵介紹了protel99 SE工具提供的一些特殊功能。

（1）高頻電路器件引脚之間的引線彎曲越小，使用全線路越好。 彎曲時，可以使用45°折線或圓弧彎曲，以减少高頻訊號的外部發射和彼此之間的耦合。 使用PROTEL佈線時，選擇45度或在“設計”的“規則”中的“佈線角”中圓角。 您也可以使用Shift+空白鍵快速切換線路。

（2）高頻電路器件引脚之間的引線越短越好。

PROTEL 99滿足短接線的有效手段是在自動接線之前對一些關鍵的高速網絡進行接線預留。 “設計”選單中“規則”下的路由拓撲

選擇“最短”。

（3）高頻電路器件引脚之間的導線層交替越少越好。 也就是說，連接過程中使用的孔越少越好。

單個通孔可以提供約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，應注意“交叉干擾”，即訊號線在進入距離內的平行路徑引入的串擾。 如果無法避免平行分佈，則可以在平行訊號線的另一側佈置大面積的“地”。

大大减少干擾。 在同一層中並行佈線幾乎是不可避免的，但在兩個相鄰層中，佈線方向必須相互垂直，這在PROTEL中很容易做到，但很容易忽略。 在“設計”選單“規則”中的“RouTIngLayers”頂層選擇水准，底層選擇垂直。 此外，“位置”中提供了“多邊形平面”。

（5）對特別重要的訊號線或本地裝置實施地線包圍措施。 Outline Selectedobjects在工具中提供，用於自動“包裝”選定的關鍵訊號線。

（6）一般來說，電力電纜和接地電纜的設定應比訊號電纜寬。 您可以使用“設計”選單中的“類”將網絡分為電力網絡和訊號網絡。 結合佈線規則，您可以輕鬆切換電力電纜和訊號電纜的寬度。

（7）各種佈線不能形成回路，地面不能形成電流回路。 如果產生環路，將在系統中造成大量干擾。 在這方面，菊花鏈可用於佈線，這可以有效避免佈線過程中形成回路、分支或樹樁，但也會帶來不易佈線的問題。

（8）根據各種晶片的數據和設計，估計通過電源線的電流，並確定所需的線寬。 根據經驗公式，W（線寬）–L（mm/A）*I（A）。

根據電流大小，儘量新增電源線的寬度，降低回路電阻。 同時，電力電纜和接地電纜的方向應與資料傳輸的方向一致，這有助於提高抗雜訊能力。 必要時，電源線和地線可加裝銅線繞鐵氧體高頻扼流裝置，用於阻斷高頻雜訊的傳播。

（9）同一網絡的佈線寬度應保持一致。 線寬的變化將導致線路特性阻抗不均勻。 當傳送速率較高時，會出現反射，在設計中應儘量避免。 同時，新增平行線的線寬。 當線中心之間的距離不超過線寬的3倍時，70%的電場可以避免相互干擾，這稱為3W原理。 這樣可以克服並聯線路帶來的分佈電容和電感的影響。