PCB设计工程师最基本的技巧
PCB设计方法和技巧
PCB设计方法和技巧PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)是现代电子产品的核心组件之一,它承载着电子元件的连接和固定。
好的PCB设计能够提高电路的性能、可靠性和可维护性。
在进行PCB设计时,有一些方法和技巧可以帮助设计师更好地完成设计任务。
首先,一个好的PCB设计需要进行系统性的规划和设计。
在开始设计之前,需要明确电路的功能和要求,了解电路的结构和工作方式,确定电路板的尺寸和层数等。
在设计之前还需要进行电路的仿真和验证,以确保电路的正确性和稳定性。
其次,PCB设计需要注意电路的布局和走线,合理安排电子元件的位置和走线的走向。
在进行布局和走线时需要考虑信号的传输路径和长度匹配,避免信号互相干扰和串扰。
同时,还要合理分配电子元件的功耗和散热,避免元件过热和损坏。
另外,PCB设计还需要注意电子元件的布线和连接方式。
在进行元件布线时,需要考虑元件之间的连接关系和信号的传输要求,尽量缩短信号的传输路径和减小信号损耗。
同时,还需要合理选择连接方式,如使用直接连接、信号引线、导线桥接等方式,以提高连接可靠性和稳定性。
此外,PCB设计还需要注意电路板的地线和电源线的布局。
地线和电源线是电路中非常重要的部分,它们的布局和连接方式直接影响电路的可靠性和性能。
在进行布局时,应将地线和电源线尽量分离,并避免地线和电源线的交叉和干扰。
同时,在进行布线时,还需要保持电路板的整洁和美观,避免走线过于复杂和混乱。
最后,PCB设计还需要考虑电路板的制造和组装。
在进行设计之前,需要了解电路板的制造工艺和要求,选择合适的元件和材料,以便于后续的制造和组装。
在进行布局和布线时,还需要考虑元件的引脚间距和接插件的尺寸,以便于元件的焊接和固定。
总之,PCB设计是一项复杂且细致的工作,需要设计师具备较高的电路、布局和布线等知识。
通过合理的规划和设计,并结合实际制造和组装的要求,可以更好地完成PCB设计任务,提高电路的性能和可靠性。
pcb设计方法与技巧
pcb设计方法与技巧PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)是电子产品中重要的组成部分,它能够将电子元器件连接在一起,并提供稳定可靠的电气连接。
在PCB设计中,需要考虑到布线、元器件布局、信号完整性等因素。
下面是一些常用的PCB设计方法与技巧。
1. PCB设计前准备工作在进行PCB设计之前,需要进行一些准备工作。
首先,需要确定电路原理图,并对其进行分析和优化。
其次,需要选择合适的元器件,并对其进行布局和定位。
最后,需要确定PCB板的大小、层数以及孔径等参数。
2. PCB布线技巧在进行PCB布线时,需要遵循一些技巧。
首先,应该尽量缩短信号线长度,并保持信号线之间的距离足够大。
其次,在布线时应该避免过度弯曲和交叉,以减少串扰和反射等问题。
最后,在多层板中应该采用地平面和电源平面来提高信号完整性。
3. PCB元器件布局技巧在进行PCB元器件布局时,需要注意以下几点。
首先,在选择元器件时应该考虑到其尺寸、功耗和热量等因素。
其次,应该将元器件分组,以便于布局和布线。
最后,在布局时应该避免过度密集和重叠,以便于进行维修和调试。
4. PCB信号完整性技巧在PCB设计中,信号完整性是一个重要的问题。
以下是一些提高信号完整性的技巧。
首先,在设计时应该保持信号线的阻抗匹配,以减少反射和串扰等问题。
其次,在多层板中应该采用地平面和电源平面来提高信号完整性。
最后,在布线时应该尽量缩短信号线长度,并保持信号线之间的距离足够大。
5. PCB设计软件选择在进行PCB设计时,需要选择合适的PCB设计软件。
常用的软件包括Altium Designer、Eagle PCB、PADS等。
这些软件具有丰富的功能和工具,能够帮助用户快速完成PCB设计。
综上所述,以上是一些常用的PCB设计方法与技巧。
在进行PCB设计时,需要考虑到布线、元器件布局、信号完整性等因素,并选择合适的PCB设计软件进行操作。
PCB设计注意事项及经验大全
PCB设计注意事项及经验大全一、布线规则与原则1.信号与电源线要分离:信号线和电源线要分开布局,以避免相互干扰。
2.高速信号线要走短且直:高速信号线尽量缩短长度,减小传输时延,且线路要尽量直线走向,减少信号反射和串扰。
3.临近信号要保持足够的间距:不同信号线之间要保持足够的间距,以防止互相干扰。
4.差分线要相邻走向:差分线要尽量保持相邻走向,减小差分信号的共模噪声。
5.地线布线要低阻抗:地线是重要的回路,要保持低阻抗,尽量缩短环路和减小地回流路径长度。
二、元件布局与散热1.元件布局要紧凑:元件要尽量集中布置,减少信号线长度和信号间的干扰。
2.散热要考虑:对于发热较大的元件,如功率放大器、处理器等,要合理布局散热器件,以保证稳定工作。
3.保持压降相对较小:电源接入处的元件要尽量靠近,以减小功率线上的压降,提供充足的电源稳定性。
三、层间布局与屏蔽1.层间走线布局:对于复杂的PCB设计,应合理利用多层间的铜层,将信号线、电源线、地线等分层布置,以减小干扰。
2.地线屏蔽:对于高频信号,可以在其周围增加地线屏蔽,减小信号的辐射和受到外部干扰的可能性。
四、防静电与防EMC干扰1.防静电:PCB设计中需要注意防止静电累积,合理布局接地,增加防静电保护元件。
2.防EMC干扰:合理规划布局,合理安排信号线与电源线的分布,使用屏蔽罩、滤波器等元件,以减小电磁干扰对电路的影响。
五、选择合适的材料和工艺1.PCB材料选择:根据实际需求选择合适的PCB材料,如高频电路应使用特殊材料,而一般电路可以使用常规材料。
2.焊盘和线宽:根据元件要求和电流大小选择适当的焊盘和线宽,以保证信号传输的稳定性和电流的可靠传输。
经验总结:1.保持良好的文档记录:对于每次设计的PCB,要保持详细的文档记录,包括设计思路、参数、布局规则等,以备后期维护和修改。
2.多层板设计注意:在进行多层板设计时,要仔细考虑信号和电源的分层布局,以便将高速信号分离,同时要避免不必要的层间换线,以减少成本和复杂性。
pcb方向专业技能
pcb方向专业技能PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)方向是电子工程领域中的一项重要技术,它涉及到电路设计、布局、制造等多个方面。
在这个方向上,专业技能是非常关键的,下面将详细介绍几个重要的专业技能。
首先是电路设计技能。
在PCB方向中,电路设计是基础中的基础。
它要求工程师能够根据电子产品的功能需求,设计出符合要求的电路。
这涉及到电路图的绘制、元件的选择、信号的传输和处理等方面的知识。
同时,电路设计也要求工程师具备一定的分析和解决问题的能力,能够在设计过程中考虑到各种因素并做出合理的决策。
其次是布局技能。
在PCB设计中,布局是将电路图中的元件进行合理摆放的过程。
合理的布局可以有效地减少电路中的干扰和噪声,并提高电路的可靠性和稳定性。
布局技能要求工程师能够根据电路的特性和需求,选择合适的布局方式,同时考虑到元件之间的连接和信号的传输路径。
此外,布局还要求工程师具备一定的空间感和审美观,能够设计出美观、紧凑、易于制造的PCB板。
第三是制造技能。
PCB制造是将设计好的电路图转化为实际的电路板的过程。
它包括了电路板材料的选择、工艺流程的确定、生产设备的操作等方面的知识。
制造技能要求工程师能够根据设计要求选择合适的材料和工艺,同时能够熟练操作各种生产设备,确保电路板的质量和性能。
PCB方向还需要掌握一些辅助技能。
例如,工程师需要掌握一定的软件技能,能够熟练使用PCB设计软件进行电路设计和布局。
同时,工程师还需要具备一定的电子器件知识,了解各种元件的特性和应用场景。
总结起来,PCB方向的专业技能包括电路设计技能、布局技能、制造技能以及一些辅助技能。
掌握这些技能可以使工程师在PCB设计和制造过程中能够高效地完成工作,并设计出性能优良、可靠稳定的电路板。
同时,不断学习和提升这些技能也是工程师在PCB方向上不断成长和发展的关键。
PCB设计的技巧与优化方法
PCB设计的技巧与优化方法PCB设计是电子工程领域中的一项重要工作。
它涉及到电路图设计、元器件布局、信号线走向等多个方面,对于电子产品的性能和功能起到至关重要的作用。
因此,PCB设计需要一定的技巧和优化方法。
1. 电路图设计在PCB设计之前,需要先绘制电路图。
电路图的设计需要注意以下几点:(1)电路图要尽可能地简洁明了,方便后续的PCB元器件布局。
(2)电路图中元器件的标注和数值应准确无误。
(3)电路图应注意信号线走向,避免交叉和环绕布线。
2. PCB元器件布局元器件布局是PCB设计中的一个重要环节。
它决定了元器件之间的电气性能和信号传输效果。
在PCB元器件布局中,需要注意以下几点:(1)元器件的布置要合理,避免元器件之间的相互干扰和电气噪声。
(2)元器件之间的连接要尽量短,减小信号传输的延迟和失真。
(3)元器件的引脚布局要考虑到信号线的无干扰连接,以及PCB板的布局限制。
3. 信号线走向信号线的走向和布局对于电子产品的性能和稳定性有着重要的影响。
在PCB设计中,需要注意以下几点:(1)尽可能采用单面布线,减小走线的长度和混杂度。
(2)避免信号线的交叉和环绕,以减小信号传输的噪声和失真。
(3)信号线要尽可能短,这有利于避免信号传输的延迟和失真。
4. PCB板的优化设计在PCB设计过程中,需要对PCB板进行一系列的优化设计,以提高电路板的性能和稳定性。
这些优化设计包括:(1)引脚路径的优化,避免路径重合和共用。
(2)走线的优化,避免走线的冗余和重复。
(3)PCB板的厚度优化,以达到最佳电气性能和结构强度。
(4)PCB板材料的优化,选择高品质材料以确保电气性能和耐用性。
总之,PCB设计是一项精细的工作,需要全面的技术和经验。
只有在不断优化和精益求精的基础上,才能设计出具有高性能和稳定性的电子产品。
PCB板设计中的接地方法与技巧
PCB板设计中的接地方法与技巧在电子设备设计中,印制电路板(PCB)的地位至关重要。
PCB板的设计需要考虑诸多因素,其中之一就是接地问题。
良好的接地方式可以有效地提高设备的稳定性、安全性以及可靠性。
本文将详细介绍PCB板设计中的接地方法与技巧。
让我们了解一下PCB板设计的基本概念。
PCB板设计是指将电子元件按照一定的规则和要求放置在板子上,并通过导线将它们连接起来的过程。
接地是其中的一个重要环节,它是指将电路的地线连接到PCB 板上的公共参考点,以实现电路的稳定工作和安全防护。
在PCB板设计中,接地的主要作用是提高电路的稳定性,同时还可以防止电磁干扰和雷电等外界因素对电路的影响。
通过将电路的地线连接到PCB板的公共参考点,可以减少电路之间的噪声和干扰,提高设备的性能和可靠性。
接地方式的选择取决于PCB板的设计和实际需求。
以下是一些常见的接地方式及其具体方法:直接接地:将电路的地线直接连接到PCB板上的参考点或金属外壳。
这种接地方式适用于对稳定性要求较高的电路,但需要注意避免地线过长导致阻抗过大。
间接接地:通过电容、电感等元件实现电路与地线的连接。
这种接地方式可以有效抑制电磁干扰,提高设备的抗干扰能力。
混合接地:结合直接接地和间接接地的方式,根据实际需求在不同位置选择不同的接地方式。
这种接地方式可以满足多种电路的接地需求,提高设备的灵活性和可靠性。
多层板接地:在多层PCB板中,将其中一层作为地线层,将电路的地线连接到该层上。
这种接地方式适用于高密度、高复杂度的PCB板设计,可以提供良好的电磁屏蔽效果。
挠性印制电路板接地:对于挠性印制电路板,可以使用金属箔或导电胶带实现电路与地线的连接。
这种接地方式适用于需要弯曲或伸缩的电路,可以提供良好的可塑性和稳定性。
确保接地连续且稳定:接地线的连接必须牢靠、稳固,确保在设备运行过程中不会出现松动或脱落现象。
同时,要确保地线阻抗最小,以提高电路的稳定性。
避免地线过长导致阻抗过大:地线的长度应尽可能短,以减少阻抗。
PCB线路板设计技巧总结5篇
PCB线路板设计技巧总结5篇第一篇:PCB线路板设计技巧总结PCB线路板设计技巧总结~~~发表于:2009-01-26 13:23:53元件布局技巧:1.基本布局:(1)尽可能缩短高频元件之间的连线,设法减小其分布参数和相互之间的电磁干扰,易于相互干扰的元器件不能离得太近,输入和输出应尽量远离。
(2)当元件或导线之间可能有较高电位差时,应该加大其距离,以免放电击穿,引起短路。
(3)重15g以上的元件不能只靠导线焊盘来固定,应用支架或卡子固定。
(4)电位器、可变电容、可调电感线圈或微动开关等可调元件,应考虑整机的结构要求。
若是机外调节,其位置应考虑调节旋钮在机箱面板上的位置,若是机内调节,应考虑放在印刷板上能方便调节的地方。
(5)留出PCB板固定支架,定位螺孔和连接插座所用的位置。
2.按电路功能单元,对电路的全部器件布局:(1)通常按信号的流向逐个安排电路单元的位置,以便与主信号流通方向保持一致。
(2)以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它布局。
元件应均匀,整齐,紧凑地排列在PCB上,尽量减少和缩短各单元之间的引线和连线。
(3)在高频下工作的电路,要考虑元件之间的分布参数,一般电路的元件应尽可能平行排列,这样不仅美观,还可以使装焊方便,易于批量生产。
(4)位于边上的元器件,应离PCB板边缘至少2mm。
PCB板的最佳形状是矩形(长宽为3:2或4:3),板面尺寸大于200mm*150mm时,应考虑PCB板所受的机械强度。
布线技巧:(1)输入、输出的导线应尽量避免相邻或平行,最好加线间地线,以免发生反馈。
高电平信号和低电平电路不要相互平行,特别是高阻抗、低电平信号电路,应尽可能靠近低电位。
PCB板两面的导线宜相互垂直,斜交或弯曲走线,应避免平行,以减小寄生耦合。
(2)在安装电源走线时,每1-3个TTL集成电路,2-6个CMOS 集成电路,都应在靠近集成块地方设旁路电容。
(3)PCB板导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过其电流值决定。
PCB设计新手老手都适用的7个关键技巧
PCB 设计新手老手都适用的7 个关键技巧
小编相信以下七个基本技巧你都掌握了,那幺一定代表你已经走在实现快速、可靠、专业质量PCB 的道路上啦。
1. 熟悉工厂制造流程
在这个无晶圆厂IC 业者当道的时代,许多工程师其实不清楚根据他们的设计档案制造之PCB 生产步骤与化学处理工艺;这并不令人惊讶。
不过这种实作知识的缺乏,往往导致新手工程师做出不必要的较复杂设计决策。
设计真的需要那幺复杂吗?难道不能用更大的网格来进行布线,从而降低
电路板成本并提高可靠性?设计新手容易犯的其他错误,还有不必要的过小
通孔尺寸以及盲孔(blind via)和埋孔(buried via)。
那些先进的通孔结构是PCB 设计师的利器,但其有效性高度情境化(effectiveness),它们虽然是可用的工具,但并不表示一定要使用。
PCB 设计专家Bert Simonovich 的一篇博客文章就谈到了通孔尺寸比例的问题:“长宽比6:1 的通孔,能确保你的电路板可以在任何地方生产。
”对于大
多数设计来说,只要稍加思考和规划,就可以避免那些高密度(HDI)特征并再次节省成本、提高设计的可制造性。
那些超小尺寸或单端(dead-ended)通孔进行镀铜所要求的物理学和流体力学能力,并不是所有PCB 代工厂都擅长的。
记住,只要有一个不良通孔就可以毁掉整片电路板;如果你的设计里有2 万个通孔,那幺你就有2 万次失败的机会。
不必要地使用HDI 通孔,失败率立刻飙升。
2. 电路图能简化设计任务
有时候只是设计一片简单电路板,画电路图(schematic)似乎是在浪费时。
实现PCB工程师快速成为高手秘决
实现PCB 工程师快速成为高手秘决 PCB 工程师,想设计一块PCB ,是很简单的,主要还要看细节,有一句俗语叫“细节决定成败”,PCB 工程师菜鸟和老鸟之间的距离,往往也体现在一些细节中。
1、注意PCB 板边沿的元器件摆放方向与距离由于一般都是用拼板来做PCB ,因此在边沿附近的器件需要符合两个条件。
第一就是与切割方向平行(使器件的机械应力均匀,比如如果按照上图左边的方式来摆放,在拼板要拆分时贴片两个焊盘受力方向不同可能导致元元件与焊盘脱落)第二就是在一定距离之内不能布置器件(防止板子切割的时候损坏元器件)2、注意贴片之间的间距贴片元器件之间的间距是工程师在layout 时必须注意的一个问题,如果间距太小焊膏印刷和避免焊接连锡难度非常大。
距离建议如下贴片之间器件距离要求:同种器件:≥0.3mm异种器件:≥0.13*h+0.3mm (h 为周围近邻元件最大高度差)只能手工贴片的元件之间距离要求:≥1.5mm.上述建议仅供参考,可按照各自公司的PCB 工艺设计规范3、注意导线或元器件与板边的距离注意的是引线或元器件不能和板边过近尤其是单面板,一般的单面板多为纸质板,受力后容易断裂,如果在边缘连线或放元器件就会受到影响。
4、对于IC 的去耦电容的摆放每个IC 的电源端口附近都需要摆放去耦电容,且位置尽可能靠近IC 的电源口,当一个芯片有多个电源口的时候,每个口都要布置去耦电容。
5、对于线拐角的处理通常线的拐角处会有粗细变化,但是在线径粗细发生变化的时候,会发生一些反射的现 象。
拐角方式对于线的粗细变化情况,直角是最差的,45度角好一些,圆角是最好的。
但是圆角对PCB 设计来讲处理比较麻烦,所以一般是看信号的敏感程度来 定,一般的信号用45度角就可以了,只有那些非常敏感的线才需要用圆角。
6、过孔最好不要打在焊盘上注意通孔最好不要打在焊盘上,容易引起漏锡虚焊。
7、元件焊盘两边引线宽度要一致元件焊盘两边的引线宽度要一致保密8、引线比插件焊盘小的话需要加泪滴如果导线比直插器件的焊盘小的话需要加泪滴。
电路板设计中的注意事项与技巧
电路板设计中的注意事项与技巧电路板设计是电子制造的核心部分,它负责将电子元器件连接成一个功能完整的电路系统。
在进行电路板设计时,需要注意一些事项与技巧,以确保电路板的性能和可靠性。
以下是电路板设计中的注意事项与技巧。
注意事项:1. 充分理解电路需求:在设计电路板之前,应该对电路的功能需求有清楚的了解。
确认电路的输入输出端口、工作电压、电流等参数,并根据需求选择合适的元器件和连接方式。
2. 电路布局规划:在进行电路板布局时,要考虑到不同电路之间的相互影响和干扰。
尽量避免高频和低频电路布局在同一区域,以减小干扰。
3. 保持信号完整性:在高速电路板设计中,保持信号完整性是非常重要的。
要避免信号线走线过长、走线路径交叉、信号线和电源线以及地线走线过近等情况,以减小信号干扰和串扰。
4. 地平面设计:地平面的设计对电路板的性能和可靠性有很大影响。
一个良好的地平面能够提供稳定的地引用平面,减小信号回路的环路面积,减小信号的辐射和接收到的干扰。
5. 电源电路设计:电源电路应该保证电路板的稳定工作。
在设计电源电路时,尽量减小电流噪声和电源纹波,保证电源供电稳定。
6. 温度管理:对于高功率的电路板设计,需要考虑散热问题。
在布局和走线时,要合理安排散热元件和散热通道,保证电路板的热量能够及时散发。
技巧:1. 使用EDA工具:利用电子设计自动化(EDA)工具,可以极大地提高设计效率和准确性。
通过利用EDA工具进行仿真和验证,可以在设计前预测电路的性能和稳定性。
2. 模块化设计:在进行电路板设计时,可以尽可能地采用模块化的设计方法。
将电路板分割成各个功能模块,有利于设计、测试和维修。
3. 优化布线:在进行电路板布线时,可以通过优化走线路径和选择合适的走线方式来提高电路的性能。
可以采用直线走线、45度角走线等方式来减小信号路径的长度和过程。
4. 保持一致性:在进行电路板设计时,应该保持一致性。
尽量采用统一的元件封装和规范的走线方式,以减小制造和维护的难度。
PCB布线与布局优化技巧
PCB布线与布局优化技巧在电子设备的设计中,PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)的布线与布局对于整个电路性能和稳定性起着至关重要的作用。
优秀的PCB布线与布局可以提高电路的抗干扰能力、信号完整性和性能稳定性。
下面就介绍一些PCB布线与布局优化技巧,帮助设计师提高产品质量和性能。
1. 分割电源平面:在PCB设计中,将电源平面分割成多个部分可以减少信号干扰及电磁辐射。
分割电源平面时,需要注意将模拟和数字电源分开,避免互相干扰。
通过合理设置分割线路,可以降低信号交叉干扰,提高信噪比。
2. 最短路径布线:尽量保持布线路径短,减少信号传输的延迟和损耗。
在选取布线路径时,应避免走线交叉、绕线等现象,以确保信号传输的稳定性和可靠性。
布线时还需考虑信号走线的方向,避免信号环路和共模噪声的产生。
3. 差分信号布线:对于高速信号线,尤其是差分信号线,需要特别注意其布线。
差分信号线的长度要尽量保持一致,以减少信号失真和串扰。
此外,差分信号线应在布线过程中尽量保持相邻,以减小信号传输的时间差。
4. 阻抗匹配:在PCB设计中,特别是在高频电路中,阻抗匹配是非常重要的。
正确设计差分对地、微带线、板厚等参数,以保证信号传输的稳定性和准确性。
利用阻抗匹配技术可以尽量减小信号的反射和衰减,提高信号完整性。
5. 地线布线:地线布线是PCB设计中的关键环节。
要尽量减小地线回路面积,避免干扰信号传输。
将地线设置为宽带,减小地线阻抗,提高地线的导电性。
另外,地线布线还要尽量与信号走线相互垂直,避免共模干扰。
6. 噪声隔离:在PCB布局设计中,要将噪声源与敏感信号源隔离开来,以减少噪声对信号的影响。
在设计布局时,可以使用屏蔽罩、滤波器等措施来隔离噪声源,确保信号传输的稳定性和准确性。
7. 确保热量散发:在PCB布局设计中,要考虑电路元件的散热问题。
合理安排元件的位置,保证元件之间的通风通道畅通,以便排出热量。
在布局时应注意避免高功率元件集中布局,以减小热量聚集的风险。
PCB设计工程师最基本的技巧
PCB设计布局规则与技巧
PCB设计布局规则与技巧PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)设计布局是电子产品设计中非常重要的一部分,合理的布局能够提高电路板性能、稳定性和可靠性。
同时,布局也会影响到电磁兼容性(EMC)和易于制造性。
下面将介绍一些常用的PCB设计布局规则和技巧。
1.尽量减少线长:线长越短,信号传输的时间越短,电路的性能越好。
因此,在进行PCB设计布局时,应尽量使信号和电源线的路径尽可能短。
2.分离高频和低频信号:高频信号容易产生干扰和耦合,所以应尽量远离低频信号线。
同时,高频信号线和低频信号线应分别布局,以减少相互之间的干扰。
3.分层设计:多层PCB可以有效地减小信号线间的干扰,并提高信号的完整性。
布局时需要根据不同功能和频率的信号进行分层布局,避免信号线交叉和干扰。
4.组织布局:把电路板上的元器件和线缆进行逻辑分组和合理布局,可以提高电路板的操作性和可靠性。
例如,将相关的器件和接口放在一起,减少线缆走线的复杂性。
5.场效应管的布局:场效应管是敏感元件,容易受到外界影响而导致不稳定。
在布局时,应尽量远离高频信号源、变压器、电机等产生辐射干扰的元件。
6.地线布局:地线是所有电路的公共回路,应该足够宽,稳定和低阻抗。
在布局时,应尽量减少地线的长度和面积,降低地线的电感和电阻。
7.高频元件布局:对于频率较高的器件和信号线,应尽量减小其长度,将其布置在靠近负载的位置,以减少传输延迟和信号损失。
8.散热布局:散热是电子产品设计中一个重要的考虑因素。
在布局时,应考虑到热源的位置,并合理布置散热器件和散热片,以提高散热效果。
9.电源布局:电源是电路正常运行的保障,应该足够稳定和可靠。
在布局时,应规划好电源线和滤波电容器的位置,减少电源噪声和泄漏。
10.细节布局:除了上述规则,还需要注意一些细节布局。
例如,尽量避免信号线相交,避免直角拐弯,避免尖锐的边缘等,以减少信号反射和辐射干扰。
总之,PCB设计布局是一个需要综合考虑各种因素的过程。
PCB布线的技巧及注意事项
PCB布线的技巧及注意事项1.合理规划电路板上的元件布局:在进行布线之前,需要根据电路的功能和结构合理规划元件的布局。
合理布局可以减少跨线和交叉线,简化布线过程,并提高电路的可靠性和抗干扰能力。
例如,将相互关联的元件集中在一起,以减少连线长度和信号传输的损耗。
2.使用地平面和电源平面:地平面和电源平面是PCB布线中非常重要的一部分。
通过在PCB中设置地平面和电源平面,可以有效减少地线和电源线的长度,减小同轴电缆的干扰和耦合,提高信号完整性和抗干扰能力。
3.利用电网连接:电网连接是PCB布线中常用的一种布线方式。
电网连接可以减小线宽和线间距,减小电路板上的导线一阶传输延迟,提高信号完整性和抗干扰能力。
在布局时,应尽量合理规划电网的结构和布线的路径。
4.分析和优化信号传输路径:信号传输路径是PCB布线中需要特别关注的一部分。
通过分析信号传输路径,可以了解信号在电路板上的传输特性,并进行优化。
例如,可以采用直线传输路径,减小信号传输的损耗和干扰;可以避免信号线与电源线、地线和其他高频信号线的交叉,减小互相干扰。
5.处理高频和高速信号:在布线中,对于高频和高速信号需要特别注意。
高频信号容易受到串扰和反射的影响,因此对于高频信号,应避免长线和小弯曲。
对于高速信号,需要注意控制传输线的阻抗匹配,减小信号的反射和射频干扰。
6.使用适当的布线规则和约束:在进行布线之前,需要根据电路设计的要求和约束设置适当的布线规则。
布线规则可以包括连线宽度、线间距、最小孔径等要素。
合理设置布线规则可以减小静电干扰和交叉干扰,提高电路的性能和可靠性。
7.进行电磁兼容性(EMC)设计:在进行布线时,需要考虑电磁兼容性设计。
电磁辐射和电磁敏感性是电路板设计中常见的问题,可以通过合理的布线和使用滤波器来减小电磁干扰。
8.进行仿真和测试:在完成布线之后,需要进行仿真和测试来验证电路的性能和可靠性。
通过仿真和测试,可以检测电路中可能存在的问题,并做出相应的调整。
PCB布局设计技巧及注意事项
PCB布局设计技巧及注意事项1.充分了解电路需求:在进行PCB布局设计之前,必须充分了解电路的功能需求、工作频率、电流和电压要求等。
2.分割电路区域:将电路划分成功能区域,以便更好地进行布局设计和进行信号分离。
比较大功率的模拟和数字电路应该互相分离,以避免相互干扰。
3.保持短信号路径:尽量保持信号路径的短,以减小信号传输延迟和电磁干扰。
特别是在高频电路中,短信号路径对保持信号完整性非常重要。
4.地线和电源线的布局:电源和地线是电路中非常重要的部分,它们的布局应该合理。
可以通过使用地平面、分层布线和电源滤波器等方法来提高电源和地线的性能。
5.优化电路排列:将经常交互的电路或元件放置在附近,以减小信号传输路径。
高频电路应尽量避免靠近噪声源,如开关电源和变压器等。
6.尽量避免环路:在PCB布局设计中,尽量避免形成环路,因为环路会引起干扰和电流循环,从而影响电路性能和可靠性。
7.地区分隔和隔离:将不同的电路区域进行分离和隔离,特别是模拟和数字电路之间,可以通过地隔离带、插入电源和电容隔离等方法,减小相互干扰。
8. 适当使用综合接地层:适当使用综合接地层(Ground Plane)可以大大减小电磁干扰和电容耦合。
综合接地层可以用来连接地线,同时还提供了屏蔽主板的作用。
9.选择合适的布线宽度:布线宽度对电流容量有很大影响,它不仅会影响信号传输的质量,还会影响电路的热分布。
因此,根据电流和信号频率等要求选择合适的布线宽度。
10.避免串扰和干扰:在高密度布局的电路中,串扰和干扰是常见问题,需要采取措施来减小它们的影响。
例如,使用屏蔽罩、距离间隔和交错布线等方法。
11.考虑热量分布:在布局设计时,需要考虑热量的分布和散热问题。
比如,高功率器件或集成电路应该离散热器件或散热器较近,以便快速散热。
12.进行仿真验证:在完成PCB布局设计之前,可以使用PCB设计软件进行仿真验证,以确保电路性能和信号完整性。
对于高频电路的布局设计,可以进行高频仿真和信号完整性分析等。
pcb设计基础知识点
pcb设计基础知识点PCB(Printed Circuit Board,印制电路板)是一种用于电子元器件的支撑物,是电子产品中非常重要的一个组成部分。
在进行PCB设计时,需要掌握一些基础知识点,以确保设计的质量和可靠性。
本文将介绍一些常见的PCB设计知识点,包括电路布局、电路原理图、平面层布局和电压与电流分布等。
电路布局是PCB设计的基础。
在进行电路布局时,需要根据电子元器件的功能和连接关系进行合理的布局。
布局时应注意以下几点:首先,应根据电路的功能划分区域,将具有相似功能的元器件放置在相邻或相近的区域中;其次,应考虑电路信号传输的路径,尽量缩短信号路径,减少信号干扰;此外,还应注意电路的散热问题,将发热较多的元器件放置在散热较好的位置。
电路原理图是PCB设计的重要依据。
在进行电路原理图设计时,需要将电路的连接关系清晰地表达出来。
为了确保电路原理图的准确性和可读性,可以采取以下措施:首先,将电路分为不同的模块,每个模块只表达一个功能;其次,对于复杂的电路,可以进行分层设计,将不同层的信号表达清晰;此外,还需要注意标注元器件的功能和数值参数。
平面层布局是PCB设计中常用的一种布局方式。
通过在PCB板上设置不同的层,可以实现信号传输、电源分配和散热等功能。
在进行平面层布局时,需要注意以下几点:首先,应根据电路的功能划分平面层,将具有相似功能的信号放置在相同的层中;其次,应合理规划信号的传输路径,减少信号穿越不同层的干扰;此外,还需要考虑信号与地平面和电源平面的连接方式,以确保信号的完整性和可靠性。
电压与电流分布是PCB设计中需要注意的重要问题。
在设计中,应确保电压和电流在整个电路中的稳定分布,以减少电路故障和损坏的风险。
为了实现良好的电压与电流分布,可以采取以下方法:首先,合理规划电源布局,确保电源能够提供稳定的电压和电流;其次,使用合适的电源滤波电路,减少电源的噪声和干扰;此外,还需要注意地线与信号线的布局,减少回路电阻和电感导致的电压降。
PCB设计的原则与技巧
印制电路板(PCB)在电子产品中,起到支撑电路元件和器件的作用,它同时还提供电路元件和器件之间的电气连接.其实,PCB的设计,远非排列、固定元器件,连通元器件引脚这样简单,PCB设计的好坏对产品的抗干扰能力影响很大,甚至对今后产品的性能起决定性的作用.随着电于技术的飞速发展,元器件和产品的外型尺寸都越来越小,工作频率越来越高,使得PCB上元器件的密度大幅提高,增加了PCB设计、加工的难度.因此,PCB设计始终是电子产品开发设计中最重要的内容之一.一、布局与布线是PCB设计中的两个最重要内容所谓布局就是把电路图上所有的元器件都合理地安排到有限面积的PCB上.最关键的问题是:开关、按钮、旋钮等操作件,以及结构件(以下简称“特殊元件”)等,必须被安排在指定的位置上;其他元器件的位置安排,必须同时兼顾到布线的布通率和电气性能的最优化,以及今后的生产工艺和造价等多方面因素.这种“兼顾”往往是对设计师的水平和经验的挑战.布线就是在布局之后,通过设计铜铂的走线图,按照原理图连通所有的走线.显然,布局的合理程度直接影响布线的成功率,往往在布线过程中还需要对布局作适当的调整.布线设计可以采用双层走线和单层走线,对于极其复杂的设计也可以考虑采用多层布线方案,但为了降低产品的造价,一般应尽量采用单层布线方案.对于个别无法布通的走线,可以采用标准间距短跳线或长跳线(软线)连通.二、PCB设计的一般原则1.PCB尺寸大小和形状的确定首先根据产品的机械结构确定.当空间位置较富余时,应尽量选择小面积的PCB.因为面积太大时,印制线条长,阻抗增加,抗噪声能力下降,成本也增加,但还要充分考虑到元器件的散热和邻近走线易受干扰等因素.2.布局特殊元件的布局原则①尽可能缩短高频元器件之间的连线,设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰.易受干扰的元器件不能相互挨得太近,输入和输出元件应尽量远离.②某些元器件或导线之间可能有较高的电位差,应加大它们之间的距离,以免放电引出意外短路.带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方.③重量超过15g的元器件、应当用支架加以固定,然后焊接.那些又大又重、发热量多的元器件,不宜装在印制板上,而应装在整机的机箱底板上,且应考虑散热问题.热敏元件应远离发热元件.④对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求.若是机内调节,应放在印制板上方便于调节的地方;若是机外调节,其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应.⑤应留出PCB定位孔及固定支架所占用的位置.普通元器件的布局原则①按照电路的流程安排各个电路单元的位置,使布局便于信号流通,并使信号尽可能保持一致的流向.②以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它来进行布局.元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上.尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接.③在高频下工作的电路,要考虑元器件之间的分布参数.一般电路应尽可能使元器件平行排列.这样,不但美观.而且装焊容易.易于批量生产.④位于电路板边缘的元器件,离电路板边缘一般不小于2mm.电路板的最佳形状为矩形.长宽比为3:2成4:3.电路板面尺寸大于200x150mm时.应考虑电路板所受的机械强度.3.布线①相同信号的电路模块输入端与输出端的导线应尽量避免相邻平行.最好加线间地线,以免发生反馈藕合.②印制铜铂导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定.当铜箔厚度为0.05mm,导线宽度为1.5mm时,通过2A的电流,温升不会高于3℃,可满足一般的设计要求,其他情况下的铜铂宽度选择可依次类推.对于集成电路,尤其是数字电路,通常选0.02-0.3mm导线宽度就可以了.当然,只要允许,还是尽可能用宽线.尤其是电源线和地线.导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定.对于集成电路,尤其是数字电路,只要工艺允许,可使间距小至0.5mm.③由于直角或锐角在高频电路中会影响电气性能,因此印制铜铂导线的拐弯处一般取圆弧形.此外,尽量避免使用大面积铜箔,否则.长时间受热时,易发生铜箔膨胀和脱落现象.必须用大面积铜箔时,最好用栅格状.这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体.4.焊盘焊盘用来焊接元器件的引脚,对于无固定支架的元器件,焊盘也起到支撑、固定元器件的承重作用.焊盘中心孔要比元器件引线直径稍大一些,但焊盘太大时易形成虚焊.一般情况下,焊盘外径D不小于(d+1.2)mm,其中d为焊盘中心孔径.对高密度的数字电路,焊盘最小直径可取(d+1.0)mm.在位置许可的情况下,焊盘面积宜大不宜小;位置拥挤时,也可采用异型(椭圆或长方形)焊盘,以增加焊盘的实际有效面积.三、PCB及电路抗干扰措施抗干扰设计与具体电路有着密切的关系,是一个很复杂的技术问题.这里仅就PCB抗干扰设计中的几项最基本的措施做一些简要说明.更详细的方法请参阅专业书籍.1.电源线设计根据印制线路板电流的大小,尽量加粗电源线宽度,减少环路电阻.尤其要注意使电源线、地线中的供电方向,与数据、信号的传递方向相反,即:从末级向前级推进的供电方式,这样有助于增强抗噪声能力.2.地线设计地线既是特殊的电源线,也是信号线.除了遵循电源线设计的一般原则外,还要做到:①不同的信号对地线的结构有不同的要求.数字地与模拟地分开,若线路板上既有逻辑电路又有线性电路,应使它们尽量分开;低频电路的地应尽量采用单点并联接地,实际布线有困难时可部分串联后再并联接地;高频电路宜采用多点串联接地,地线应短而粗,高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔.②接地线应尽量加粗.若接地线太细,接地电位将随电流的变化和信号频率的变化而变化,使噪声加大,严重时将引起自激.因此应尽量加粗接地线,使它能通过三倍于印制板上的允许电流.如有可能,接地线宽度应在2-3mm以上.③数字电路系统的接地线构成闭环路,能提高抗噪声能力.3.退藕电容配置PCB设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部位配置适当的退藕电容,以提高电源回路的抗干扰能力.退藕电容的一般配置原则是:①电源输入端跨接10-100uf的电解电容器.如有可能,接100uF以上的更好.②原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01pF的瓷片电容,如遇印制板空隙不够,可每4-8个芯片布置一个1-10pF的钽电容.③对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件,如RAM、ROM存储器件,应在芯片的电源线和地线引脚之间直接接入退藕电容.④电容引线不能太长,尤其是高频旁路电容不能有引线.此外,还应注意以下两点:a)在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时,操作它们时均会产生较大火花放电,必须采用RC电路来吸收放电电流.一般R取1-2K,C取2.2-47UF.b)CMOS的输入阻抗很高,且易受感应干扰,因此在使用时对不用使用的端子要接地或接正电源.四、PCB设计的一般步骤确定PCB尺寸、形状;确定特殊元件的位置;确定普通元器件位置;尝试布线;修改布局;布设短线;布设长线;优化电源线;工艺设计;标注与文字.可以借助PROTEL等PCB辅助设计软件,辅助完成布线设计.。
PCB布线的基本规则与技巧
PCB布线的基本规则与技巧PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)布线是电子产品设计中非常重要的一环,它涉及到电路设计的优化、信号传输的质量以及电路板的可靠性等方面。
以下是一些PCB布线的基本规则与技巧。
1.分隔高频与低频信号:在布线过程中,应将高频和低频信号分隔开来,以减少相互干扰。
可以通过增加地线、使用地层或远离干扰源等方式实现。
2.避免信号线与电源线、地线交叉:信号线与电源线、地线交叉会引起互相干扰,影响信号的传输质量。
在布线时应尽量避免信号线与其他线路的交叉,并采取合适的措施进行隔离。
3.保持信号线的相互垂直:信号线之间保持垂直可以减少信号之间的干扰。
在布线时,应尽量使信号线垂直地通过其他信号线或电源线、地线。
4.尽量缩短信号线的长度:信号线的长度会对信号传输的延迟和损耗产生影响,因此在布线时应尽量缩短信号线的长度。
对于高频信号尤为重要。
5.使用平面与过孔进行地线连接:地线是电路板中非常重要的一条线路,它可以提供整个电路的参考电平。
在布线时,可以通过使用平面层与过孔来进行地线的连接,提高地线的连续性。
6.使用平面与过孔进行电源线连接:电源线的布线也是非常重要的,尤其是对于供电要求较高的芯片或模块。
在布线时,可以通过使用平面层与过孔来进行电源线的连接,减少电源线的阻抗。
7.控制线宽和线距:PCB布线中的线宽和线距对电路的阻抗、信号的传输速度以及电流的承载能力等都是有影响的。
在布线时要根据需要选择合适的线宽和线距,保证电路的性能。
8.避免信号环路:信号环路会引起信号的反馈和干扰,影响电路的正常工作。
在布线时应尽量避免信号环路的产生,可以采取断开一部分连接或改变布线路径等方式来解决。
9.保持信号对称性:对于差分信号线或时钟信号线,应保持信号的对称性。
在布线时应尽量使信号线的路径相同,长度相等,以减少差分信号之间的干扰。
10.考虑EMI(Electromagnetic Interference,电磁干扰):在布线过程中应考虑到电磁干扰的问题,采取一些措施来减少电磁辐射和干扰。
PCB设计技巧与规则
PCB设计技巧与规则PCB(Printed Circuit Board)是电子产品中的重要组成部分,它提供了电路连接和电子元件固定的功能。
一个好的PCB设计可以提高电路的稳定性和可靠性,降低成本和故障率。
下面,我将介绍一些PCB设计的技巧和规则。
1.PCB布局规划:在进行PCB设计之前,需要进行布局规划。
合理的布局能够提高信号完整性,降低电磁干扰。
布局时需要注意以下几点:-尽量减少信号线的长度,减小电路的回路面积;-将高频电路和低频电路分开布局,减小互相之间的干扰;-尽量避免信号线和电源线、传感器线等交叉走线;-避免狭窄的走线空间,以免引起走线难度或者信号线间的串扰。
2.尽量使用多层PCB板:多层PCB板可以提供更多的线路层,方便进行复杂电路的布局和走线。
另外,多层PCB板还可以提供地平面和电源平面,有效降低电磁干扰。
3.确保地面和电源的连续性:地面和电源是PCB设计中非常重要的信号引用层。
地面用于屏蔽、分隔和传导信号,电源层用于供电。
在布局和走线过程中,要确保地面和电源的连续性,尽量减少地面和电源之间的间隙。
4.注意信号的匹配和阻抗控制:在高速信号传输中,信号匹配和阻抗控制是非常重要的。
信号匹配可以提高信号的传输效率和稳定性,阻抗控制可以有效降低信号的反射和串扰。
在PCB设计中,可采用微带线或者差分线来控制信号的阻抗,并通过PCB设计软件进行阻抗模拟和分析。
5.合理决定PCB板的大小和形状:在进行PCB设计时,应根据实际需求合理决定PCB板的大小和形状。
过小的PCB板容易造成线路走线困难,过大的PCB板则会带来不必要的成本。
此外,PCB板的形状也需要考虑到机箱或外部接口的尺寸限制。
6.注意散热和电磁干扰:PCB设计中常常会涉及到热量产生和电磁干扰的问题。
为了保证电路的稳定性和可靠性,需要注意散热和屏蔽的设计。
可以通过增加散热孔或散热片来提高散热效果,采用合适的屏蔽罩来减少电磁干扰。
7.模拟和数字信号分离:在PCB设计中,模拟信号和数字信号应尽量分开布局和走线。
PCB技巧
PCB技巧会了就一定会了电子设计2008-02-21 10:20:13 阅读37 评论0 字号:大中小订阅1.信号完整性(Signal Integrity):就是指电路系统中信号的质量,如果在要求的时间内,信号能不失真地从源端传送到接收端,我们就称该信号是完整的。
2.传输线(Transmission Line):由两个具有一定长度的导体组成回路的连接线,我们称之为传输线,有时也被称为延迟线。
3.集总电路(Lumped circuit):在一般的电路分析中,电路的所有参数,如阻抗、容抗、感抗都集中于空间的各个点上,各个元件上,各点之间的信号是瞬间传递的,这种理想化的电路模型称为集总电路。
4.分布式系统(Distributed System):实际的电路情况是各种参数分布于电路所在空间的各处,当这种分散性造成的信号延迟时间与信号本身的变化时间相比已不能忽略的时侯,整个信号通道是带有电阻、电容、电感的复杂网络,这就是一个典型的分布参数系统。
5.上升/下降时间(Rise/Fall Time):信号从低电平跳变为高电平所需要的时间,通常是量度上升/下降沿在10%-90%电压幅值之间的持续时间,记为Tr。
6.截止频率(Knee Frequency):这是表征数字电路中集中了大部分能量的频率范围(0.5/Tr),记为Fknee,一般认为超过这个频率的能量对数字信号的传输没有任何影响。
7.特征阻抗(Characteristic Impedance):交流信号在传输线上传播中的每一步遇到不变的瞬间阻抗就被称为特征阻抗,也称为浪涌阻抗,记为Z0。
可以通过传输线上输入电压对输入电流的比率值(V/I)来表示。
8.传输延迟(Propagation delay):指信号在传输线上的传播延时,与线长和信号传播速度有关,记为tPD。
9.微带线(Micro-Strip):指只有一边存在参考平面的传输线。
10.带状线(Strip-Line):指两边都有参考平面的传输线。
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PCB设计工程师最基本的技巧布线(Layout)是PCB设计工程师最基本的工作技能之一。
走线的好坏将直接影响到整个系统的性能,大多数高速的设计理论也要最终经过Layout得以实现并验证,由此可见,布线在高速PCB设计中是至关重要的。
下面将针对实际布线中可能遇到的一些情况,分析其合理性,并给出一些比较优化的走线策略。
主要从直角走线,差分走线,蛇形线等三个方面来阐述。
1.直角走线直角走线一般是PCB布线中要求尽量避免的情况,也几乎成为衡量布线好坏的标准之一,那么直角走线究竟会对信号传输产生多大的影响呢?从原理上说,直角走线会使传输线的线宽发生变化,造成阻抗的不连续。
其实不光是直角走线,顿角,锐角走线都可能会造成阻抗变化的情况。
直角走线的对信号的影响就是主要体现在三个方面:一是拐角可以等效为传输线上的容性负载,减缓上升时间;二是阻抗不连续会造成信号的反射;三是直角尖端产生的EMI。
传输线的直角带来的寄生电容可以由下面这个经验公式来计算:C=61W(Er)1/2/Z0在上式中,C就是指拐角的等效电容(单位:pF),W指走线的宽度(单位:inch),εr指介质的介电常数,Z0就是传输线的特征阻抗。
举个例子,对于一个4Mils的50欧姆传输线(εr为4.3)来说,一个直角带来的电容量大概为0.0101pF,进而可以估算由此引起的上升时间变化量:T10-90%=2.2*C*Z0/2 = 2.2*0.0101*50/2 = 0.556ps通过计算可以看出,直角走线带来的电容效应是极其微小的。
由于直角走线的线宽增加,该处的阻抗将减小,于是会产生一定的信号反射现象,我们可以根据传输线章节中提到的阻抗计算公式来算出线宽增加后的等效阻抗,然后根据经验公式计算反射系数:ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0),一般直角走线导致的阻抗变化在7%-20%之间,因而反射系数最大为0.1左右。
而且,从下图可以看到,在W/2线长的时间内传输线阻抗变化到最小,再经过W/2时间又恢复到正常的阻抗,整个发生阻抗变化的时间极短,往往在10ps之内,这样快而且微小的变化对一般的信号传输来说几乎是可以忽略的。
很多人对直角走线都有这样的理解,认为尖端容易发射或接收电磁波,产生EMI,这也成为许多人认为不能直角走线的理由之一。
然而很多实际测试的结果显示,直角走线并不会比直线产生很明显的EMI。
也许目前的仪器性能,测试水平制约了测试的精确性,但至少说明了一个问题,直角走线的辐射已经小于仪器本身的测量误差。
总的说来,直角走线并不是想象中的那么可怕。
至少在GHz以下的应用中,其产生的任何诸如电容,反射,EMI等效应在TDR测试中几乎体现不出来,高速PCB设计工程师的重点还是应该放在布局,电源/地设计,走线设计,过孔等其他方面。
当然,尽管直角走线带来的影响不是很严重,但并不是说我们以后都可以走直角线,注意细节是每个优秀工程师必备的基本素质,而且,随着数字电路的飞速发展,PCB工程师处理的信号频率也会不断提高,到10GHz以上的RF设计领域,这些小小的直角都可能成为高速问题的重点对象。
2.差分走线差分信号(Differential Signal)在高速电路设计中的应用越来越广泛,电路中最关键的信号往往都要采用差分结构设计,什么另它这么倍受青睐呢?在PCB设计中又如何能保证其良好的性能呢?带着这两个问题,我们进行下一部分的讨论。
何为差分信号?通俗地说,就是驱动端发送两个等值、反相的信号,接收端通过比较这两个电压的差值来判断逻辑状态“0”还是“1”。
而承载差分信号的那一对走线就称为差分走线。
差分信号和普通的单端信号走线相比,最明显的优势体现在以下三个方面:a.抗干扰能力强,因为两根差分走线之间的耦合很好,当外界存在噪声干扰时,几乎是同时被耦合到两条线上,而接收端关心的只是两信号的差值,所以外界的共模噪声可以被完全抵消。
b.能有效抑制EMI,同样的道理,由于两根信号的极性相反,他们对外辐射的电磁场可以相互抵消,耦合的越紧密,泄放到外界的电磁能量越少。
c.时序定位精确,由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点,而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断,因而受工艺,温度的影响小,能降低时序上的误差,同时也更适合于低幅度信号的电路。
目前流行的LVDS(low voltage differential signaling)就是指这种小振幅差分信号技术。
对于PCB工程师来说,最关注的还是如何确保在实际走线中能完全发挥差分走线的这些优势。
也许只要是接触过Layout的人都会了解差分走线的一般要求,那就是“等长、等距”。
等长是为了保证两个差分信号时刻保持相反极性,减少共模分量;等距则主要是为了保证两者差分阻抗一致,减少反射。
“尽量靠近原则”有时候也是差分走线的要求之一。
但所有这些规则都不是用来生搬硬套的,不少工程师似乎还不了解高速差分信号传输的本质。
下面重点讨论一下PCB差分信号设计中几个常见的误区。
误区一:认为差分信号不需要地平面作为回流路径,或者认为差分走线彼此为对方提供回流途径。
造成这种误区的原因是被表面现象迷惑,或者对高速信号传输的机理认识还不够深入。
从图1-8-15的接收端的结构可以看到,晶体管Q3,Q4的发射极电流是等值,反向的,他们在接地处的电流正好相互抵消(I1=0),因而差分电路对于类似地弹以及其它可能存在于电源和地平面上的噪音信号是不敏感的。
地平面的部分回流抵消并不代表差分电路就不以参考平面作为信号返回路径,其实在信号回流分析上,差分走线和普通的单端走线的机理是一致的,即高频信号总是沿着电感最小的回路进行回流,最大的区别在于差分线除了有对地的耦合之外,还存在相互之间的耦合,哪一种耦合强,那一种就成为主要的回流通路,图1-8-16是单端信号和差分信号的地磁场分布示意图。
在PCB电路设计中,一般差分走线之间的耦合较小,往往只占10~20%的耦合度,更多的还是对地的耦合,所以差分走线的主要回流路径还是存在于地平面。
当地平面发生不连续的时候,无参考平面的区域,差分走线之间的耦合才会提供主要的回流通路,见图1-8-17所示。
尽管参考平面的不连续对差分走线的影响没有对普通的单端走线来的严重,但还是会降低差分信号的质量,增加EMI,要尽量避免。
也有些设计人员认为,可以去掉差分走线下方的参考平面,以抑制差分传输中的部分共模信号,但从理论上看这种做法是不可取的,阻抗如何控制?不给共模信号提供地阻抗回路,势必会造成EMI辐射,这种做法弊大于利。
误区二:认为保持等间距比匹配线长更重要。
在实际的PCB布线中,往往不能同时满足差分设计的要求。
由于管脚分布,过孔,以及走线空间等因素存在,必须通过适当的绕线才能达到线长匹配的目的,但带来的结果必然是差分对的部分区域无法平行,这时候我们该如何取舍呢?在下结论之前我们先看看下面一个仿真结果。
从上面的仿真结果看来,方案1和方案2波形几乎是重合的,也就是说,间距不等造成的影响是微乎其微的,相比较而言,线长不匹配对时序的影响要大得多(方案3)。
再从理论分析来看,间距不一致虽然会导致差分阻抗发生变化,但因为差分对之间的耦合本身就不显著,所以阻抗变化范围也是很小的,通常在10%以内,只相当于一个过孔造成的反射,这对信号传输不会造成明显的影响。
而线长一旦不匹配,除了时序上会发生偏移,还给差分信号中引入了共模的成分,降低信号的质量,增加了EMI。
可以这么说,PCB差分走线的设计中最重要的规则就是匹配线长,其它的规则都可以根据设计要求和实际应用进行灵活处理。
误区三:认为差分走线一定要靠的很近。
让差分走线靠近无非是为了增强他们的耦合,既可以提高对噪声的免疫力,还能充分利用磁场的相反极性来抵消对外界的电磁干扰。
虽说这种做法在大多数情况下是非常有利的,但不是绝对的,如果能保证让它们得到充分的屏蔽,不受外界干扰,那么我们也就不需要再让通过彼此的强耦合达到抗干扰和抑制EMI的目的了。
如何才能保证差分走线具有良好的隔离和屏蔽呢?增大与其它信号走线的间距是最基本的途径之一,电磁场能量是随着距离呈平方关系递减的,一般线间距超过4倍线宽时,它们之间的干扰就极其微弱了,基本可以忽略。
此外,通过地平面的隔离也可以起到很好的屏蔽作用,这种结构在高频的(10G以上)IC封装PCB设计中经常会用采用,被称为CPW结构,可以保证严格的差分阻抗控制(2Z0),如图1-8-19。
差分走线也可以走在不同的信号层中,但一般不建议这种走法,因为不同的层产生的诸如阻抗、过孔的差别会破坏差模传输的效果,引入共模噪声。
此外,如果相邻两层耦合不够紧密的话,会降低差分走线抵抗噪声的能力,但如果能保持和周围走线适当的间距,串扰就不是个问题。
在一般频率(GHz以下),EMI 也不会是很严重的问题,实验表明,相距500Mils的差分走线,在3米之外的辐射能量衰减已经达到60dB,足以满足FCC的电磁辐射标准,所以设计者根本不用过分担心差分线耦合不够而造成电磁不兼容问题。
3.蛇形线蛇形线是Layout中经常使用的一类走线方式。
其主要目的就是为了调节延时,满足系统时序设计要求。
设计者首先要有这样的认识:蛇形线会破坏信号质量,改变传输延时,布线时要尽量避免使用。
但实际设计中,为了保证信号有足够的保持时间,或者减小同组信号之间的时间偏移,往往不得不故意进行绕线。
那么,蛇形线对信号传输有什么影响呢?走线时要注意些什么呢?其中最关键的两个参数就是平行耦合长度(Lp)和耦合距离(S),如图1-8-21所示。
很明显,信号在蛇形走线上传输时,相互平行的线段之间会发生耦合,呈差模形式,S越小,Lp越大,则耦合程度也越大。
可能会导致传输延时减小,以及由于串扰而大大降低信号的质量,其机理可以参考第三章对共模和差模串扰的分析。
下面是给Layout工程师处理蛇形线时的几点建议:1.尽量增加平行线段的距离(S),至少大于3H,H指信号走线到参考平面的距离。
通俗的说就是绕大弯走线,只要S足够大,就几乎能完全避免相互的耦合效应。
2.减小耦合长度Lp,当两倍的Lp延时接近或超过信号上升时间时,产生的串扰将达到饱和。
3.带状线(Strip-Line)或者埋式微带线(Embedded Micro-strip)的蛇形线引起的信号传输延时小于微带走线(Micro-strip)。
理论上,带状线不会因为差模串扰影响传输速率。
4.高速以及对时序要求较为严格的信号线,尽量不要走蛇形线,尤其不能在小范围内蜿蜒走线。
5.可以经常采用任意角度的蛇形走线,如图1-8-20中的C结构,能有效的减少相互间的耦合。
6.高速PCB设计中,蛇形线没有所谓滤波或抗干扰的能力,只可能降低信号质量,所以只作时序匹配之用而无其它目的。