聯(lián)系我們
東莞市眾升儀器有限公司
業(yè)務部
聯(lián)系人：陳平
聯(lián)系電話：0769-23131676
傳真號碼：0769-23131096
移動電話：15989633801（微信同號）
Email：ZS1717@163.com
QQ：782352024
地址：東莞市莞城街道東城路莞城段33號405室
公司網址：http://www.wcvji.cn
文章詳情
PCB設計的布局、走線與電磁兼容（二）
日期：2024-09-20 09:38
瀏覽次數(shù)：173
摘要：其他方面的要求
48 布局考慮到總體走線的順暢，主要數(shù)據(jù)流向合理。
49 根據(jù)布局結果調整排阻、FPGA、EPLD、總線驅動等器件的管腳分配以使布線*優(yōu)化。
50 布局考慮到適當增大密集走線處的空間，以避免不能布通的情況。
51 如采取特殊材料、特殊器件（如0.5mmBGA等）、特殊工藝，已經充分考慮到到貨期限、可加工性，且得到PCB廠家、工藝人員的確認。
52 扣板連接器的管腳對應關系已得到確認，以防止扣板連接器方向、方位搞反。
53 如有ICT測試要求，布局時考慮到ICT測試點添加的可行性，以免布線階段...
其他方面的要求
48 布局考慮到總體走線的順暢，主要數(shù)據(jù)流向合理。
49 根據(jù)布局結果調整排阻、FPGA、EPLD、總線驅動等器件的管腳分配以使布線*優(yōu)化。
50 布局考慮到適當增大密集走線處的空間，以避免不能布通的情況。
51 如采取特殊材料、特殊器件（如0.5mmBGA等）、特殊工藝，已經充分考慮到到貨期限、可加工性，且得到PCB廠家、工藝人員的確認。
52 扣板連接器的管腳對應關系已得到確認，以防止扣板連接器方向、方位搞反。
53 如有ICT測試要求，布局時考慮到ICT測試點添加的可行性，以免布線階段添加測試點困難。
54 含有高速光模塊時，布局優(yōu)先考慮光口收發(fā)電路。
55 布局完成后已提供1：1裝配圖供項目人對照器件實體核對器件封裝選擇是否正確。
56 開窗處已考慮內層平面成內縮，并已設置合適的禁止布線區(qū)。
PCB LAYOUT三種特殊走線技巧
今天小編從直角走線，差分走線，蛇形線三個方面闡述PCB LAYOUT的走線技巧：
一、直角走線 （三個方面）
直角走線的對信號的影響就是主要體現(xiàn)在三個方面：一是拐角可以等效為傳輸線上的容性負載，減緩上升時間；二是阻抗不連續(xù)會造成信號的反射；三是直角**產生的EMI，到10GHz以上的RF設計領域，這些小小的直角都可能成為高速問題的重點對象。
二、差分走線 （“等長、等距、參考平面”）
何為差分信號（Differential Signal）？通俗地說就是驅動端發(fā)送兩個等值、反相的信號，接收端通過比較這兩個電壓的差值來判斷邏輯狀態(tài)“0”還是“1”。而承載差分信號的那一對走線就稱為差分走線。差分信號和普通的單端信號走線相比，*明顯的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下三方面：
1、抗干擾能力強，因為兩根差分走線之間的耦合很好，當外界存在噪聲干擾時，幾乎是同時被耦合到兩條線上，而接收端關心的只是兩信號的差值，所以外界的共模噪聲可被完全抵消。
2、能有效抑制EMI，同樣的道理，由于兩根信號的極性相反，他們對外輻射的電磁場可以相互抵消，耦合的越緊密，泄放到外界的電磁能量越少。
3、時序定位**，由于差分信號的開關變化是位于兩個信號的交點，而不像普通單端信號依靠高低兩個閾值電壓判斷，因而受工藝，溫度的影響小，能降低時序上的誤差，同時也更適合于低幅度信號的電路。目前流行的LVDS（low voltage differential signaling）就是指這種小振幅差分信號技術。
三、蛇形線 (調節(jié)延時)
蛇形線是Layout中經常使用的一類走線方式。其主要目的就是為了調節(jié)延時，滿足系統(tǒng)時序設計要求。其中*關鍵的兩個參數(shù)就是平行耦合長度（Lp）和耦合距離（S），很明顯，信號在蛇形走線上傳輸時，相互平行的線段之間會發(fā)生耦合，呈差模形式，S越小，Lp越大，則耦合程度也越大?？赡軙е聜鬏斞訒r減小，以及由于串擾而大大降低信號的質量，其機理可以參考對共模和差模串擾的分析。下面是給Layout工程師處理蛇形線時的幾點建議：
1、盡量增加平行線段的距離（S），至少大于3H，H指信號走線到參考平面的距離。通俗的說就是繞大彎走線，只要S足夠大，就幾乎能完全避免相互的耦合效應。
2、減小耦合長度Lp，當兩倍的Lp延時接近或超過信號上升時間時，產生的串擾將達到飽和。
3、帶狀線（Strip-Line）或者埋式微帶線（Embedded Micro-strip）的蛇形線引起的信號傳輸延時小于微帶走線（Micro-strip）。理論上，帶狀線不會因為差模串擾影響傳輸速率。
4、高速以及對時序要求較為嚴格的信號線，盡量不要走蛇形線，尤其不能在小范圍內蜿蜒走線。
5、可以經常采用任意角度的蛇形走線，能有效的減少相互間的耦合。
6、高速PCB設計中，蛇形線沒有所謂濾波或抗干擾的能力，只可能降低信號質量，所以只作時序匹配之用而無其它目的。
7、有時可以考慮螺旋走線的方式進行繞線，仿真表明，其效果要優(yōu)于正常的蛇形走線。
PCB技術中的電磁的兼容性
電磁兼容性（EMC， Electromagnetic Compatibility）是指電子設備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調、有效地進行工作的能力。電磁兼容性設計的目的是使電子設備既能抑制各種外來的干擾，使電子設備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作，同時又能減少電子設備本身對其它電子設備的電磁干擾。印刷電路板（PCB）設計中的電磁兼容性涉及多方面因數(shù)，以下主要從三大部分加以闡述，具體選擇要綜合各方面因數(shù)。
一 印刷電路板整體布局及器件布置
1.一個產品的成功與否，一是要注重內在質量，二是兼顧整體的美觀，兩者都較**才能認為該產品是成功的；在一個PCB板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能頭重腳輕或一頭沉，過孔要盡量少；電路板的*佳形狀為矩形。長寬比為3：2或4：3；4 層板比雙面板噪聲低20dB.6層板比4層板噪聲低10dB.經濟條件允許時盡量用多層板。
2.電路板一般分模擬電路區(qū)（怕干擾），數(shù)字電路區(qū)（怕干擾、又產生干擾），功率驅動區(qū)（干擾源），故步板時要合理地分成三區(qū)。
3.器件一般選擇功耗低，穩(wěn)定性好的器件，而且盡量少用高速器件。
4.線條有講究：有條件做寬的線決不做細；高壓及高頻線應園滑，不得有尖銳的倒角，拐彎也不得采用直角。地線應盡量寬，*好使用大面積敷銅，這對接地點問題有相當大的改善。
5.外時鐘是高頻的噪聲源，除能引起對本應用系統(tǒng)的干擾之外，還可能產生對外界的干擾，使電磁兼容檢測不能達標。在對系統(tǒng)可靠性要求很高的應用系統(tǒng)中，選用頻率低的單片機是降低系統(tǒng)噪聲的原則之一。以8051單片機為例，*短指令周期1？s時，外時鐘是12MHz.而同樣速度的Motorola 單片機系統(tǒng)時鐘只需4MHz，更適合用于工控系統(tǒng)。近年來，一些生產8051兼容單片機的廠商也采用了一些新技術，在不犧牲運算速度的前提下將對外時鐘的需求降至原來的1/3.而Motorola 單片機在新推出的68HC08系列以及其16/32位單片機中普遍采用了內部鎖相環(huán)技術，將外部時鐘頻率降至32KHz，而內部總線速度卻提高到8MHz乃至更高。
6.布線要有合理的走向：如輸入/輸出，交流/直流，強/弱信號，高頻/低頻，高壓/低壓等……，它們的走向應該是呈線形的（或分離），不得相互交融。其目的是防止相互干擾。*好的走向是按直線，但一般不易實現(xiàn)，*不利的走向是環(huán)形。對于是直流，小信號，低電壓PCB設計的要求可以低些。所以“合理”是相對的。上下層之間走線的方向基本垂直。整個板子的不想要均勻，能不擠的不要擠在一齊。
7.在器件布置方面與其它邏輯電路一樣，應把相互有關的器件盡量放得靠近些，這樣可以獲得較好的抗噪聲效果。時鐘發(fā)生器、晶振和CPU的時鐘輸入端都易產生噪聲，要相互靠近些，特別是晶振下方不要走信號線。易產生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應盡量遠離邏輯電路，如有可能，應另做電路板，這一點十分重要。
二 地線技術
1.模擬電路和數(shù)字電路在元件布局圖的設計和布線方法上有許多相同和不同之處。模擬電路中，由于放大器的存在，由布線產生的極小噪聲電壓，都會引起輸出信號的嚴重失真，在數(shù)字電路中，TTL噪聲容限為0.4V～0.6V，CMOS噪聲容限為Vcc的0.3～0.45倍，故數(shù)字電路具有較強的抗干擾的能力。良好的電源和地總線方式的合理選擇是儀器可靠工作的重要保證，相當多的干擾源是通過電源和地總線產生的，其中地線引起的噪聲干擾*大。
2.數(shù)字地與模擬地分開（或一點接地），地線加寬，要根據(jù)電流決定線寬，一般來說越粗越好（100mil線經約通過1到2A的電流）。地線＞電源線＞信號線是線寬的合理選擇。
3.電源線和地線盡可能靠近，整塊印刷板上的電源與地要呈“井”字形分布，以便使分布線電流達到均衡。
4.為減少線間串擾，必要時可增加印刷線條間距離，在其安插一些零伏線作為線間隔離。特別是輸入輸出信號間，
三 去耦、濾波、隔離三大技術
1.去耦、濾波、隔離是硬件抗干擾常用的三大措施。
2.電源輸入端跨接10~100uf的電解電容器。如有可能，接100uF以上的更好；原則上每個集成電路芯片都應布置一個0.01pF的瓷片電容，如遇印制板空隙不夠，可每4~8個芯片布置一個1~10pF的但電容；對于抗噪能力弱、關斷時電源變化大的器件，如RAM、ROM存儲器件，應在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容；
3.濾波指各類信號按頻率特性分類并控制它們的方向。常用的有各種低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器。低通濾波器用在接入的交流電源線上，旨在讓50周的交流電順利通過，將其它高頻噪聲導入大地。低通濾波器的配置指標是插入損耗，選擇的低通濾波器插入損耗過低起不到抑制噪聲的作用，而過高的插入損耗會導致“漏電”，影響系統(tǒng)的人身**性。高通、帶通濾波器則應根據(jù)系統(tǒng)中對信號的處理要求選擇使用。
4.典型的信號隔離是光電隔離。使用光電隔離器件將單片機的輸入輸出隔離開，一方面使干擾信號不得進入單片機系統(tǒng)，另一方面單片機系統(tǒng)本身的噪聲也不會以傳導的方式傳播出去。屏蔽則是用來隔離空間輻射的，對噪聲特別大的部件，如開關電源，用金屬盒罩起來，可減少噪聲源對單片機系統(tǒng)的干擾。對特別怕干擾的模擬電路，如高靈敏度的弱信號放大電路可屏蔽起來。而重要的是金屬屏蔽本身必須接真正的地。
48 布局考慮到總體走線的順暢，主要數(shù)據(jù)流向合理。
49 根據(jù)布局結果調整排阻、FPGA、EPLD、總線驅動等器件的管腳分配以使布線*優(yōu)化。
50 布局考慮到適當增大密集走線處的空間，以避免不能布通的情況。
51 如采取特殊材料、特殊器件（如0.5mmBGA等）、特殊工藝，已經充分考慮到到貨期限、可加工性，且得到PCB廠家、工藝人員的確認。
52 扣板連接器的管腳對應關系已得到確認，以防止扣板連接器方向、方位搞反。
53 如有ICT測試要求，布局時考慮到ICT測試點添加的可行性，以免布線階段添加測試點困難。
54 含有高速光模塊時，布局優(yōu)先考慮光口收發(fā)電路。
55 布局完成后已提供1：1裝配圖供項目人對照器件實體核對器件封裝選擇是否正確。
56 開窗處已考慮內層平面成內縮，并已設置合適的禁止布線區(qū)。
PCB LAYOUT三種特殊走線技巧
今天小編從直角走線，差分走線，蛇形線三個方面闡述PCB LAYOUT的走線技巧：
一、直角走線 （三個方面）
直角走線的對信號的影響就是主要體現(xiàn)在三個方面：一是拐角可以等效為傳輸線上的容性負載，減緩上升時間；二是阻抗不連續(xù)會造成信號的反射；三是直角**產生的EMI，到10GHz以上的RF設計領域，這些小小的直角都可能成為高速問題的重點對象。
二、差分走線 （“等長、等距、參考平面”）
何為差分信號（Differential Signal）？通俗地說就是驅動端發(fā)送兩個等值、反相的信號，接收端通過比較這兩個電壓的差值來判斷邏輯狀態(tài)“0”還是“1”。而承載差分信號的那一對走線就稱為差分走線。差分信號和普通的單端信號走線相比，*明顯的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下三方面：
1、抗干擾能力強，因為兩根差分走線之間的耦合很好，當外界存在噪聲干擾時，幾乎是同時被耦合到兩條線上，而接收端關心的只是兩信號的差值，所以外界的共模噪聲可被完全抵消。
2、能有效抑制EMI，同樣的道理，由于兩根信號的極性相反，他們對外輻射的電磁場可以相互抵消，耦合的越緊密，泄放到外界的電磁能量越少。
3、時序定位**，由于差分信號的開關變化是位于兩個信號的交點，而不像普通單端信號依靠高低兩個閾值電壓判斷，因而受工藝，溫度的影響小，能降低時序上的誤差，同時也更適合于低幅度信號的電路。目前流行的LVDS（low voltage differential signaling）就是指這種小振幅差分信號技術。
三、蛇形線 (調節(jié)延時)
蛇形線是Layout中經常使用的一類走線方式。其主要目的就是為了調節(jié)延時，滿足系統(tǒng)時序設計要求。其中*關鍵的兩個參數(shù)就是平行耦合長度（Lp）和耦合距離（S），很明顯，信號在蛇形走線上傳輸時，相互平行的線段之間會發(fā)生耦合，呈差模形式，S越小，Lp越大，則耦合程度也越大?？赡軙е聜鬏斞訒r減小，以及由于串擾而大大降低信號的質量，其機理可以參考對共模和差模串擾的分析。下面是給Layout工程師處理蛇形線時的幾點建議：
1、盡量增加平行線段的距離（S），至少大于3H，H指信號走線到參考平面的距離。通俗的說就是繞大彎走線，只要S足夠大，就幾乎能完全避免相互的耦合效應。
2、減小耦合長度Lp，當兩倍的Lp延時接近或超過信號上升時間時，產生的串擾將達到飽和。
3、帶狀線（Strip-Line）或者埋式微帶線（Embedded Micro-strip）的蛇形線引起的信號傳輸延時小于微帶走線（Micro-strip）。理論上，帶狀線不會因為差模串擾影響傳輸速率。
4、高速以及對時序要求較為嚴格的信號線，盡量不要走蛇形線，尤其不能在小范圍內蜿蜒走線。
5、可以經常采用任意角度的蛇形走線，能有效的減少相互間的耦合。
6、高速PCB設計中，蛇形線沒有所謂濾波或抗干擾的能力，只可能降低信號質量，所以只作時序匹配之用而無其它目的。
7、有時可以考慮螺旋走線的方式進行繞線，仿真表明，其效果要優(yōu)于正常的蛇形走線。
PCB技術中的電磁的兼容性
電磁兼容性（EMC， Electromagnetic Compatibility）是指電子設備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調、有效地進行工作的能力。電磁兼容性設計的目的是使電子設備既能抑制各種外來的干擾，使電子設備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作，同時又能減少電子設備本身對其它電子設備的電磁干擾。印刷電路板（PCB）設計中的電磁兼容性涉及多方面因數(shù)，以下主要從三大部分加以闡述，具體選擇要綜合各方面因數(shù)。
一 印刷電路板整體布局及器件布置
1.一個產品的成功與否，一是要注重內在質量，二是兼顧整體的美觀，兩者都較**才能認為該產品是成功的；在一個PCB板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能頭重腳輕或一頭沉，過孔要盡量少；電路板的*佳形狀為矩形。長寬比為3：2或4：3；4 層板比雙面板噪聲低20dB.6層板比4層板噪聲低10dB.經濟條件允許時盡量用多層板。
2.電路板一般分模擬電路區(qū)（怕干擾），數(shù)字電路區(qū)（怕干擾、又產生干擾），功率驅動區(qū)（干擾源），故步板時要合理地分成三區(qū)。
3.器件一般選擇功耗低，穩(wěn)定性好的器件，而且盡量少用高速器件。
4.線條有講究：有條件做寬的線決不做細；高壓及高頻線應園滑，不得有尖銳的倒角，拐彎也不得采用直角。地線應盡量寬，*好使用大面積敷銅，這對接地點問題有相當大的改善。
5.外時鐘是高頻的噪聲源，除能引起對本應用系統(tǒng)的干擾之外，還可能產生對外界的干擾，使電磁兼容檢測不能達標。在對系統(tǒng)可靠性要求很高的應用系統(tǒng)中，選用頻率低的單片機是降低系統(tǒng)噪聲的原則之一。以8051單片機為例，*短指令周期1？s時，外時鐘是12MHz.而同樣速度的Motorola 單片機系統(tǒng)時鐘只需4MHz，更適合用于工控系統(tǒng)。近年來，一些生產8051兼容單片機的廠商也采用了一些新技術，在不犧牲運算速度的前提下將對外時鐘的需求降至原來的1/3.而Motorola 單片機在新推出的68HC08系列以及其16/32位單片機中普遍采用了內部鎖相環(huán)技術，將外部時鐘頻率降至32KHz，而內部總線速度卻提高到8MHz乃至更高。
6.布線要有合理的走向：如輸入/輸出，交流/直流，強/弱信號，高頻/低頻，高壓/低壓等……，它們的走向應該是呈線形的（或分離），不得相互交融。其目的是防止相互干擾。*好的走向是按直線，但一般不易實現(xiàn)，*不利的走向是環(huán)形。對于是直流，小信號，低電壓PCB設計的要求可以低些。所以“合理”是相對的。上下層之間走線的方向基本垂直。整個板子的不想要均勻，能不擠的不要擠在一齊。
7.在器件布置方面與其它邏輯電路一樣，應把相互有關的器件盡量放得靠近些，這樣可以獲得較好的抗噪聲效果。時鐘發(fā)生器、晶振和CPU的時鐘輸入端都易產生噪聲，要相互靠近些，特別是晶振下方不要走信號線。易產生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應盡量遠離邏輯電路，如有可能，應另做電路板，這一點十分重要。
二 地線技術
1.模擬電路和數(shù)字電路在元件布局圖的設計和布線方法上有許多相同和不同之處。模擬電路中，由于放大器的存在，由布線產生的極小噪聲電壓，都會引起輸出信號的嚴重失真，在數(shù)字電路中，TTL噪聲容限為0.4V～0.6V，CMOS噪聲容限為Vcc的0.3～0.45倍，故數(shù)字電路具有較強的抗干擾的能力。良好的電源和地總線方式的合理選擇是儀器可靠工作的重要保證，相當多的干擾源是通過電源和地總線產生的，其中地線引起的噪聲干擾*大。
2.數(shù)字地與模擬地分開（或一點接地），地線加寬，要根據(jù)電流決定線寬，一般來說越粗越好（100mil線經約通過1到2A的電流）。地線＞電源線＞信號線是線寬的合理選擇。
3.電源線和地線盡可能靠近，整塊印刷板上的電源與地要呈“井”字形分布，以便使分布線電流達到均衡。
4.為減少線間串擾，必要時可增加印刷線條間距離，在其安插一些零伏線作為線間隔離。特別是輸入輸出信號間，
三 去耦、濾波、隔離三大技術
1.去耦、濾波、隔離是硬件抗干擾常用的三大措施。
2.電源輸入端跨接10~100uf的電解電容器。如有可能，接100uF以上的更好；原則上每個集成電路芯片都應布置一個0.01pF的瓷片電容，如遇印制板空隙不夠，可每4~8個芯片布置一個1~10pF的但電容；對于抗噪能力弱、關斷時電源變化大的器件，如RAM、ROM存儲器件，應在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容；
3.濾波指各類信號按頻率特性分類并控制它們的方向。常用的有各種低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器。低通濾波器用在接入的交流電源線上，旨在讓50周的交流電順利通過，將其它高頻噪聲導入大地。低通濾波器的配置指標是插入損耗，選擇的低通濾波器插入損耗過低起不到抑制噪聲的作用，而過高的插入損耗會導致“漏電”，影響系統(tǒng)的人身**性。高通、帶通濾波器則應根據(jù)系統(tǒng)中對信號的處理要求選擇使用。
4.典型的信號隔離是光電隔離。使用光電隔離器件將單片機的輸入輸出隔離開，一方面使干擾信號不得進入單片機系統(tǒng)，另一方面單片機系統(tǒng)本身的噪聲也不會以傳導的方式傳播出去。屏蔽則是用來隔離空間輻射的，對噪聲特別大的部件，如開關電源，用金屬盒罩起來，可減少噪聲源對單片機系統(tǒng)的干擾。對特別怕干擾的模擬電路，如高靈敏度的弱信號放大電路可屏蔽起來。而重要的是金屬屏蔽本身必須接真正的地。
