PCB元器件布局完成后,緊接著就要完成PCB的布線了。PCB布線有單面布線,雙面布線和多層布線,布線方式分為自動布線和交互式布線,在自動布線前,我們可用交互式預先對要求比較嚴格的線進行布線。
輸入端與輸出端的邊線應避免相鄰平行,以免產生反射干擾。必要時加地線隔離,相鄰層走線最好相互垂直,平行容易產生寄生耦合。
高亮部分第三層與第四層垂直布線
電源、地線處理
PCB設計中,若電源、地線的考慮不周引起干擾,那么其它線路布得再好,也會使產品的性能下降,有時候甚至會影響產品是否成功。所以對電源線、地線需要認真處理,把它們產生的噪聲干擾降到最低,以保證產品質量。
那么,如何盡量抑制噪聲呢?
1. 在電源、地線之間加上去耦電容。
VCC_IO網絡與地之間加去耦電容
2. 盡量加寬地線,電源線寬度,最好是地線比電源線寬,然后電源線要比信號線寬,它們的線寬關系是地線>電源線>信號線,信號線寬通常為低速板10~12mil,一般高速板5~6.5mil,高速高密度板4~5mil,局部最細可達3.5mil(需要看板廠工藝要求)。
HDMI走線線寬4mil
3. 用大面積鋪銅作為地線用,或者做成多層板子,電源線和地線各占用一層。
數模混合電路的共地處理
現在許多PCB不再是單一的數字或模擬電路,而是由數字電路和模擬電路混合構成的。因此布線的時候需要考慮它們之間的相互干擾問題,特別是地線上的噪聲干擾。數字地、模擬地和保護地要分開,并且保持2.5mm間距;數字地、模擬地保持1mm的間距。
數字地與模擬地隔離
數字電路的速率高,模擬電路的敏感度強。對信號線來說,高頻的信號線盡可能遠離敏感的模擬電路器件;對地線來說,整個PCB對外界只有一個節點,所以必須在PCB內部處理數、模共地問題。
在板子內部,數字地和模擬地實際是分開的,他們之間互不相連,只是在PCB于外界連接的接口處,數字地和模擬地有且只有一點短接。也有PCB上不共地的,這由系統設計決定。
載流設計
PCB上的電源網絡通常需要通過較大的電流,同樣1oz的銅厚,溫升10攝氏度,在理想狀態下,12mil可以通過1A電流。結合加工誤差和余量考慮,可以按表層20mil可通過1A的電流、內層減半的原則來設計,即內層需要40mil通過1A的電流。
頂層電源網絡走線20mil寬度
同一電源網絡第三層走線50mil寬度
熱焊盤設計
在大面積接地中,常用元器件的引腳與其連接,就電氣性能來說,元器件引腳與銅面全連接為好,但是對器件焊接裝配不利,由于管腳散熱較快,焊接需要大功率的加熱器,且容易造成虛焊。故一般板接地焊盤做成十字花焊盤,進行熱隔離,也叫熱焊盤。
熱焊盤設計
柵格化布線法
布線是依據網格系統進行的,網格即我們所說的柵格。柵格過密通路雖然有所增加,但是步進太小,圖場數據量過大,對存儲要求也高。柵格過疏,通路太少,對布通率的影響極大。所以需要一個梳密合理的網格系統支持布線進行。
標準元器件兩腿之間的距離為0.1英寸(2.54mm),所以網格系統的基礎一般定為0.1英寸(2.54mm)或者小于0.1英寸的整數倍,如0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。
在設計高速板時,通常使用線寬的倍數來作為網格,如5mil走線,我們可以使用2.5mil、5mil、10mil的網格。
柵格設置
布線檢查
布線完成后,就需要認真檢查布線設計是否符合設計規則了,可以輔助PCB的DRC設計規則檢查功能完成,除此之外,一般檢查有以下幾個方面內容:
1. 線與線、線與元器件焊盤、線與貫通孔、元器件焊盤與貫通孔、貫通孔與貫通孔之間距離是否合理,是否滿足生產要求。
2. 電源線和地線寬度是否合適,電源線和地線之間是否緊耦合,在PCB中是否還可以讓地線加寬。
3. 對關鍵信號是否采取了最佳措施,如長度最短、加保護線、輸入線、及輸出線被明顯分開。
4. 阻抗匹配線的寬度,間距,阻抗是否符合設計要求。
HDMI線100歐姆阻抗匹配
5. 模擬地和數字地是否有獨立的走線。
6. 對一些不理想的線路進行修改。
7. 在PCB上是否加工藝線,阻焊是否符合生產工藝要求,絲印是否壓到器件和焊盤。
8. 多層板的電源地層的外框邊緣是否縮小,如電源層的銅箔露出板外容易造成短路。
地層外框邊緣縮小
電源層外框邊緣縮小
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原文標題:高速PCB布線經驗分享
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