《電子技術(shù)應(yīng)用》
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pcb layout設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)談

2009-01-18
關(guān)鍵詞: LAYOUT PCB

 1. 一般規(guī)則
    1.1 PCB板上預(yù)劃分?jǐn)?shù)字、模擬、DAA信號(hào)布線(xiàn)區(qū)域。
    1.2 數(shù)字、模擬元器件及相應(yīng)走線(xiàn)盡量分開(kāi)并放置於各自的布線(xiàn)區(qū)域內(nèi)。
    1.3 高速數(shù)字信號(hào)走線(xiàn)盡量短。
    1.4 敏感模擬信號(hào)走線(xiàn)盡量短。
    1.5 合理分配電源和地。
    1.6 DGND、AGND、實(shí)地分開(kāi)。
    1.7 電源及臨界信號(hào)走線(xiàn)使用寬線(xiàn)。
    1.8 數(shù)字電路放置於并行總線(xiàn)/串行DTE接口附近,DAA電路放置於電話(huà)線(xiàn)接口附近。

    2. 元器件放置
    2.1 在系統(tǒng)電路原理圖中:
    a) 劃分?jǐn)?shù)字、模擬、DAA電路及其相關(guān)電路;
    b) 在各個(gè)電路中劃分?jǐn)?shù)字、模擬、混合數(shù)字/模擬元器件;
    c) 注意各IC芯片電源和信號(hào)引腳的定位。

    2.2 初步劃分?jǐn)?shù)字、模擬、DAA電路在PCB板上的布線(xiàn)區(qū)域(一般比例2/1/1),數(shù)字、模擬元器件及其相應(yīng)走線(xiàn)盡量遠(yuǎn)離并限定在各自的布線(xiàn)區(qū)域內(nèi)。
    Note:當(dāng)DAA電路占較大比重時(shí),會(huì)有較多控制/狀態(tài)信號(hào)走線(xiàn)穿越其布線(xiàn)區(qū)域,可根據(jù)當(dāng)?shù)匾?guī)則限定做調(diào)整,如元器件間距、高壓抑制、電流限制等。

    2.3 初步劃分完畢後,從Connector和Jack開(kāi)始放置元器件:
    a) Connector和Jack周?chē)舫霾寮奈恢茫?br/>    b) 元器件周?chē)舫鲭娫春偷刈呔€(xiàn)的空間;
    c) Socket周?chē)舫鱿鄳?yīng)插件的位置。

    2.4 首先放置混合型元器件(如Modem器件、A/D、D/A轉(zhuǎn)換芯片等):
    a) 確定元器件放置方向,盡量使數(shù)字信號(hào)及模擬信號(hào)引腳朝向各自布線(xiàn)區(qū)域;
    b) 將元器件放置在數(shù)字和模擬信號(hào)布線(xiàn)區(qū)域的交界處。

    2.5 放置所有的模擬器件:
    a) 放置模擬電路元器件,包括DAA電路;
    b) 模擬器件相互靠近且放置在PCB上包含TXA1、TXA2、RIN、VC、VREF信號(hào)走線(xiàn)的一面;
    c) TXA1、TXA2、RIN、VC、VREF信號(hào)走線(xiàn)周?chē)苊夥胖酶咴肼曉骷?br/>    d) 對(duì)於串行DTE模塊,DTE EIA/TIA-232-E
    系列接口信號(hào)的接收/驅(qū)動(dòng)器盡量靠近Connector并遠(yuǎn)離高頻時(shí)鐘信號(hào)走線(xiàn),以減少/避免每條線(xiàn)上增加的噪聲抑制器件,如阻流圈和電容等。

    2.6 放置數(shù)字元器件及去耦電容:
    a) 數(shù)字元器件集中放置以減少走線(xiàn)長(zhǎng)度;
    b) 在IC的電源/地間放置0.1uF的去耦電容,連接走線(xiàn)盡量短以減小EMI;
    c) 對(duì)并行總線(xiàn)模塊,元器件緊靠
    Connector邊緣放置,以符合應(yīng)用總線(xiàn)接口標(biāo)準(zhǔn),如ISA總線(xiàn)走線(xiàn)長(zhǎng)度限定在2.5in;
    d) 對(duì)串行DTE模塊,接口電路靠近Connector;
    e) 晶振電路盡量靠近其驅(qū)動(dòng)器件。

    2.7 各區(qū)域的地線(xiàn),通常用0 Ohm電阻或bead在一點(diǎn)或多點(diǎn)相連。

    3. 信號(hào)走線(xiàn)
    3.1 Modem信號(hào)走線(xiàn)中,易產(chǎn)生噪聲的信號(hào)線(xiàn)和易受干擾的信號(hào)線(xiàn)盡量遠(yuǎn)離,如無(wú)法避免時(shí)要用中性信號(hào)線(xiàn)隔離。
Modem易產(chǎn)生噪聲的信號(hào)引腳、中性信號(hào)引腳、易受干擾的信號(hào)引腳如下表所示:
===============================================================
| Noise Source | neutral | noise
sensitive

-----------+----------------+----------------+-----------------
VDD,GND, AGND | | 31,38,34,37 |

-----------+----------------+----------------+-----------------
Crystal | 52,53 | |

-----------+----------------+----------------+-----------------
Reset | | 35 |

-----------+----------------+----------------+-----------------
Memory BUS| 1-6,9-10,12-13 | |
| 43-50,58-68 | |

-----------+----------------+----------------+-----------------
NVRAM | | 39,42 |

-----------+----------------+----------------+-----------------
Telephone | | 7-8,36,51,54 | 24-25,30,32-33

-----------+----------------+----------------+-----------------
Audio | | | 23,26-29

-----------+----------------+----------------+-----------------
串行DTE | 40-41 | 11,14-22,55-57 |

===============================================================

===============================================================
| Noise Source | neutral | noise
sensitive

-----------+----------------+----------------+-----------------
VDD,GND, AGND | | 31,38,34,37 |

-----------+----------------+----------------+-----------------
Crystal | 52,53 | |

-----------+----------------+----------------+-----------------
Reset | | 35 |

-----------+----------------+----------------+-----------------
Memory BUS| 1-6,9-10,12-13 | |
| 43-50,58-68 | |

-----------+----------------+----------------+-----------------
NVRAM | | 39,42 |

-----------+----------------+----------------+-----------------
Telephone | | 7-8,36,51,54 | 24-25,30,32-33

-----------+----------------+----------------+-----------------
Audio | | | 23,26-29

-----------+----------------+----------------+-----------------
并行總線(xiàn) | 11,14-22,40-41 | |
| 55-57 | |

===============================================================

    3.2 數(shù)字信號(hào)走線(xiàn)盡量放置在數(shù)字信號(hào)布線(xiàn)區(qū)域內(nèi);
    模擬信號(hào)走線(xiàn)盡量放置在模擬信號(hào)布線(xiàn)區(qū)域內(nèi);
    (可預(yù)先放置隔離走線(xiàn)加以限定,以防走線(xiàn)布出布線(xiàn)區(qū)域)
    數(shù)字信號(hào)走線(xiàn)和模擬信號(hào)走線(xiàn)垂直以減小交叉耦合。

    3.3 使用隔離走線(xiàn)(通常為地)將模擬信號(hào)走線(xiàn)限定在模擬信號(hào)布線(xiàn)區(qū)域。
    a) 模擬區(qū)隔離地走線(xiàn)環(huán)繞模擬信號(hào)布線(xiàn)區(qū)域布在PCB板兩面,線(xiàn)寬50-100mil;
    b) 數(shù)字區(qū)隔離地走線(xiàn)環(huán)繞數(shù)字信號(hào)布線(xiàn)區(qū)域布在PCB板兩面,線(xiàn)寬50-100mil,其中一面PCB板邊應(yīng)布200mil寬度。

    3.4 并行總線(xiàn)接口信號(hào)走線(xiàn)線(xiàn)寬>10mil(一般為12-15mil),如/HCS、/HRD、/HWT、/RESET。

    3.5 模擬信號(hào)走線(xiàn)線(xiàn)寬>10mil(一般為12-15mil),如MICM、MICV、SPKV、VC、VREF、TXA1、TXA2、RXA、TELIN、TELOUT。
    3.6 所有其它信號(hào)走線(xiàn)盡量寬,線(xiàn)寬>5mil(一般為 10mil),元器件間走線(xiàn)盡量短(放置器件時(shí)應(yīng)預(yù)先考慮)。

    3.7 旁路電容到相應(yīng)IC的走線(xiàn)線(xiàn)寬>25mil,并盡量避免使用過(guò)孔。

    3.8 通過(guò)不同區(qū)域的信號(hào)線(xiàn)(如典型的低速控制/狀態(tài)信號(hào))應(yīng)在一點(diǎn)(首選)或兩點(diǎn)通過(guò)隔離地線(xiàn)。如果走線(xiàn)只位於一面, 隔離地線(xiàn)可走到PCB的另一面以跳過(guò)信號(hào)走線(xiàn)而保持連續(xù)。

    3.9 高頻信號(hào)走線(xiàn)避免使用90度角彎轉(zhuǎn),應(yīng)使用平滑圓弧或45度角。
    3.10 高頻信號(hào)走線(xiàn)應(yīng)減少使用過(guò)孔連接。
    3.11 所有信號(hào)走線(xiàn)遠(yuǎn)離晶振電路。

    3.12 對(duì)高頻信號(hào)走線(xiàn)應(yīng)采用單一連續(xù)走線(xiàn),避免出現(xiàn)從一點(diǎn)延伸出幾段走線(xiàn)的情況。
    3.13 DAA電路中,穿孔周?chē)?所有層面)留出至少60mil的空間。
    3.14 清除地線(xiàn)環(huán)路,以防意外電流回饋影響電源。
4. 電源
    4.1 確定電源連接關(guān)系。
    4.2 數(shù)字信號(hào)布線(xiàn)區(qū)域中,用10uF電解電容或鉭電容與0.1uF瓷片電容并聯(lián)後接在電源/地之間.在PCB板電源入口端和最遠(yuǎn)端各放置一處,以防電源尖峰脈沖引發(fā)的噪聲干擾。

    4.3 對(duì)雙面板,在用電電路相同層面中,用兩邊線(xiàn)寬為 200mil的電源走線(xiàn)環(huán)繞該電路。(另一面須用數(shù)字地做相同處理)
    4.4 一般地,先布電源走線(xiàn),再布信號(hào)走線(xiàn)。

    5. 地
    5.1雙面板中,數(shù)字和模擬元器件(除DAA)周?chē)跋路轿词褂弥畢^(qū)域用數(shù)字地或模擬地區(qū)域填充,各層面同類(lèi)地區(qū)域連接在一起,不同層面同類(lèi)地區(qū)域通過(guò)多個(gè)過(guò)孔相連:Modem DGND引腳接至數(shù)字地區(qū)域,AGND引腳接至模擬地區(qū)域;數(shù)字地區(qū)域和模擬地區(qū)域用一條直的空隙隔開(kāi)。

    5.2 四層板中,使用數(shù)字和模擬地區(qū)域覆蓋數(shù)字和模擬元器件(除DAA);Modem DGND引腳接至數(shù)字地區(qū)域,AGND引腳接至模擬地區(qū)域;數(shù)字地區(qū)域和模擬地區(qū)域用一條直的空隙隔開(kāi)。

    5.3 如設(shè)計(jì)中須EMI過(guò)濾器,應(yīng)在接口插座端預(yù)留一定空間,絕大多數(shù)EMI器件(Bead/電容)均可放置在該區(qū)域;未使用之區(qū)域用地區(qū)域填充,如有屏蔽外殼也須與之相連。

    5.4 每個(gè)功能模塊電源應(yīng)分開(kāi)。功能模塊可分為:并行總線(xiàn)接口、顯示、數(shù)字電路(SRAM、EPROM、Modem)和DAA等,每個(gè)功能模塊的電源/地只能在電源/地的源點(diǎn)相連。
    5.5 對(duì)串行DTE模塊,使用去耦電容減少電源耦合,對(duì)電話(huà)線(xiàn)也可做相同處理。

    5.6 地線(xiàn)通過(guò)一點(diǎn)相連,如可能,使用Bead;如抑制EMI需要,允許地線(xiàn)在其它地方相連。
    5.7 所有地線(xiàn)走線(xiàn)盡量寬,25-50mil。
    5.8 所有IC電源/地間的電容走線(xiàn)盡量短,并不要使用過(guò)孔。

    6. 晶振電路
    6.1 所有連到晶振輸入/輸出端(如XTLI、XTLO)的走線(xiàn)盡量短,以減少噪聲干擾及分布電容對(duì)Crystal的影響。XTLO走線(xiàn)盡量短,且彎轉(zhuǎn)角度不小於45度。(因XTLO連接至上升時(shí)間快,大電流之驅(qū)動(dòng)器)
    6.2 雙面板中沒(méi)有地線(xiàn)層,晶振電容地線(xiàn)應(yīng)使用盡量寬的短線(xiàn)連接至器件上
    離晶振最近的DGND引腳,且盡量減少過(guò)孔。

    6.3 如可能,晶振外殼接地。
    6.4 在XTLO引腳與晶振/電容節(jié)點(diǎn)處接一個(gè)100 Ohm電阻。
    6.5 晶振電容的地直接連接至 Modem的GND引腳,不要使用地線(xiàn)區(qū)域或地線(xiàn)走線(xiàn)來(lái)連接電容和Modem的GND引腳。

    7. 使用EIA/TIA-232接口的獨(dú)立Modem設(shè)計(jì)
    7.1 使用金屬外殼。 如果須用塑料外殼,應(yīng)在內(nèi)部貼金屬箔片或噴導(dǎo)電物質(zhì)以減小EMI。
    7.2 各電源線(xiàn)上放置相同模式的Choke。
    7.3 元器件放置在一起并緊靠EIA/TIA-232接口的Connector。

    7.4 所有EIA/TIA-232器件從電源源點(diǎn)單獨(dú)連接電源/地。電源/地的源點(diǎn)應(yīng)為板上電源輸入端或調(diào)壓芯片的輸出端。
    7.5 EIA/TIA-232電纜信號(hào)地接至數(shù)字地。
    7.6 以下情況EIA/TIA-232電纜屏蔽不用接至Modem外殼;空接;通過(guò)Bead接到數(shù)字地;EIA/TIA-232電纜靠近Modem外殼處放置一磁環(huán)時(shí)直接連到數(shù)字地。

    8. VC及VREF電路電容走線(xiàn)盡量短,且位於中性區(qū)域。
    8.1 10uF VC電解電容正極與0.1uF VC電容的連接端通過(guò)獨(dú)立走線(xiàn)連至Modem的VC引腳(PIN24)。
    8.2 10uF VC電解電容負(fù)極與0.1uF VC電容的連接端通過(guò)Bead後用獨(dú)立走線(xiàn)連至Modem的AGND引腳(PIN34)。

    8.3 10uF VREF電解電容正極與0.1uF VC電容的連接端通過(guò)獨(dú)立走線(xiàn)連至Modem的VREF引腳(PIN25)。
    8.4 10uF VREF電解電容負(fù)極與0.1uF VC電容的連接端通過(guò)獨(dú)立走線(xiàn)連至Modem的VC引腳(PIN24);注意與8.1走線(xiàn)相獨(dú)立。

VREF ------+--------+
┿ 10u ┿ 0.1u
VC ------+--------+
┿ 10u ┿ 0.1u
+--------+-----~~~~~---+ AGND
使用之Bead應(yīng)滿(mǎn)足:
100MHz時(shí),阻抗=70W;;
額定電流=200mA;;
最大電阻=0.5W。

    9. 電話(huà)和Handset接口
    9.1 Tip和Ring線(xiàn)接口處放置Choke。

    9.2 電話(huà)線(xiàn)的去耦方法與電源去耦類(lèi)似,使用增加電感組合體、Choke、電容等方法。但電話(huà)線(xiàn)的去耦比電源去耦更困難也更值得注意, 一般做法是預(yù)留這些器件的位置,以便性能/EMI測(cè)試認(rèn)證時(shí)調(diào)整。

    9.3 Tip和Ring線(xiàn)到數(shù)字地間放置耐壓高的濾波電容(0.001uF/1KV)。

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