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PCB设计基本概念及高频电路布局小技巧

  数字器件正朝着高速、低耗、小体积、高抗干扰性的方向发展,这一发展趋势对印刷电路板的设计提出了很多新要求。作者根据多年在硬件设计工作中的经验,总结一些高频布线的技巧,供大家参考。

  (1)高频电路往往集成度较高,布线密度大,采用多层板既是布线所必须的,也是降低干扰的有效手段。

  (2)高速电路器件管脚间的引线弯折越少越好。高频电路布线的引线最好采用全直线,需要转折,可用45°折线或圆弧转折,满足这一要求可以减少高频信号对外的发射和相互间的耦合。

  (3)高频电路器件管脚间的引线越短越好。

  (4)高频电路器件管脚间的引线层间交替越少越好。所谓“引线的层间交替越少越好”是指元件连接过程中所用的过孔(Via)越少越好,据测,一个过孔可带来约0.5pF的分布电容,减少过孔数能显著提高速度。

  (5)高频电路布线要注意信号线近距离平行走线所引入的“交叉干扰”,若无法避免平行分布,可在平行信号线的反面布置大面积“地”来大幅度减少干扰。同一层内的平行走线几乎无法避免,但是在相邻的两个层,走线的方向务必取为相互垂直。

  (6)对特别重要的信号线或局部单元实施地线包围的措施,即绘制所选对象的外轮廓线。利用此功能,可以自动地对所选定的重要信号线进行所谓的“包地”处理,当然,把此功能用于时钟等单元局部进行包地处理对高速系统也将非常有益。

  (7)各类信号走线不能形成环路,地线也不能形成电流环路。

  (8)每个集成电路块的附近应设置一个高频去耦电容。

  (9)模拟地线、数字地线等接往公共地线时要用高频扼流环节。在实际装配高频扼流环节时用的往往是中心孔穿有导线的高频铁氧体磁珠,在电路原理图上对它一般不予表达,由此形成的网络表(netlist)就不包含这类元件,布线时就会因此而忽略它的存在。针对此现实,可在原理图中把它当做电感,在PCB元件库中单独为它定义一个元件封装,布线前把它手工移动到靠近公共地线汇合点的合适位置上。

  (10)模拟电路与数字电路应分开布置,独立布线后应单点连接电源和地,避免相互干扰。

  (11)DSP、片外程序存储器和数据存储器接入电源前,应加滤波电容并使其尽量靠近芯片电源引脚,以滤除电源噪声。另外,在DSP与片外程序存储器和数据存储器等关键部分周围建议屏蔽,可减少外界干扰。

  (12)片外程序存储器和数据存储器应尽量靠近DSP芯片放置,同时要合理布局,使数据线和地址线长短基本保持一致,尤其当系统中有多片存储器时要考虑时钟线到各存储器的时钟输入距离相等或可以加单独的可编程时钟驱动芯片。对于DSP系统而言,应选择存取速度与DSP相仿的外部存储器,不然DSP的高速处理能力将不能充分发挥。DSP指令周期为纳秒级,因而DSP硬件系统中最易出现的问题是高频干扰,因此在制作DSP硬件系统的印制电路板(PCB)时,应特别注意对地址线和数据线等重要信号线的布线要做到正确合理。布线时尽量使高频线短而粗,且远离易受干扰的信号线,如模拟信号线等。当DSP周围电路较复杂时,建议将DSP及其时钟电路、复位电路、片外程序存储器、数据存储器制作成最小系统,以减少干扰。

  (13)当本着以上原则,熟练设计工具的使用技巧以后,经过手工布线完成后,高频电路为了提高系统的靠性和可生产性,一般都需要利用高级的PCB仿真软件进行仿真。

  限于篇幅本文不对具体的仿真做详细介绍,但给大家的建议是如果有条件一定要对系统做仿真,这里给对几个基本的概念。

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