1、會計學1邵小桃邵小桃 電磁兼容和電磁兼容和PCB設(shè)計設(shè)計Chp7第2頁/共86頁1. PCB 布局先難后易先大后小(1). 基本原則均勻分布重心平衡版面美觀(2). 基本標準第3頁/共86頁要考慮PCB尺寸大小。電路板的最佳形狀為矩形。長寬比為3：2成4：3。確定PCB尺寸后再確定特殊元件的位置。在通常情況下，元件都應(yīng)布置在PCB同一面上；如果需兩面放置，將SMT元件放一面，DIP元件放到另一面根據(jù)電路的功能單元，預(yù)劃分數(shù)字、模擬、地區(qū)域，對電路的全部元器件進行布局。強信號、弱信號、高電壓信號和弱電壓信號要完全分開。按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置，根據(jù)信號流向規(guī)律使布局便于信號流通，

2、并使信號盡可能保持一致的方向。盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。(3). PCB布局的技術(shù)及要求第4頁/共86頁DIP元件相互距離大于 2毫米。BGA與相臨元件距離大于 5毫米。阻容等貼片小元件元件相互距離大于0.7毫米。貼片元件焊盤外側(cè)與相臨插裝元件焊盤外側(cè)要大于2毫米。壓接元件周圍5毫米不可以放置插裝原器件。焊接面周圍5毫米內(nèi)不可以放置貼裝元件。集成電路的去耦電容應(yīng)盡量靠近芯片的電源腳，高頻最靠近為原則。旁路電容應(yīng)均勻分布在集成電路周圍。元件布局時候，使用同一種電源的元件應(yīng)考慮盡量放在一起.第5頁/共86頁時鐘電路應(yīng)位于底板或接地板的中心，不要放在輸入輸出端附近。振蕩器或晶體要直接焊

3、接到PCB上，不要采用插座. 用于阻抗匹配目的的阻容器件的放置，應(yīng)根據(jù)其屬性合理布局。在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)。 一般電路應(yīng)盡可能使元器件平行排列。盡可能縮短高頻元器件之間的連線。某些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時手不易觸及的地方。相同結(jié)構(gòu)電路部分應(yīng)盡可能采取對稱布局位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于2mm 第6頁/共86頁重量超過15g的元器件, 應(yīng)當用支架加以固定，然后焊接。且應(yīng)考慮散熱問題。熱敏元件應(yīng)遠離發(fā)熱元件。對于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動開關(guān)等可調(diào)元件的

4、布局應(yīng)考慮整機的結(jié)構(gòu)要求。應(yīng)放在印制板上方便于調(diào)節(jié)的地方。應(yīng)留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。電路板面尺寸大于200 x150mm時應(yīng)考慮電路板所受的 機械強度。 第7頁/共86頁低頻和低速邏輯中頻和中速邏輯高頻和高速邏輯低速低電平高速信號管腳元器件功能布置圖第8頁/共86頁2. PCB分層單層板雙層板多層板 考慮PCB尺寸大小時，也要考慮PCB的分層，即必須根據(jù)元件及功能來確定采用幾層板最合適。第9頁/共86頁第10頁/共86頁高速PCB信號線各處阻抗連續(xù)PCB板上所有網(wǎng)絡(luò)的阻抗都控制在一定范圍內(nèi)根據(jù)設(shè)計要求，嚴格計算阻抗控制信號線的幾何尺寸，并將這些設(shè)計參數(shù)與允許的誤差交于PCB生產(chǎn)

5、廠家光板測量 - 與PCB生產(chǎn)廠家協(xié)調(diào)設(shè)計規(guī)范阻抗控制包括：分析和測量是阻抗控制的關(guān)鍵!第11頁/共86頁無論是雙層板還是多層板，PCB制作中包含兩種結(jié)構(gòu)的傳輸線：微帶線和帶狀線。微帶線介質(zhì)材料介質(zhì)材料2介質(zhì)材料1(單線)微帶線(Microstrip)嵌入式微帶線(Embedded Microstrip)帶狀線介質(zhì)材料介質(zhì)材料單帶狀線(Single Stripline)雙帶狀線(Dual Stripline)第12頁/共86頁第13頁/共86頁第14頁/共86頁微帶線貼附在介質(zhì)平面并直接暴露在空氣中，近似的認 為線的上表面寬度W與下表面寬度W1近似相等.W為線的寬度（in）H為信號線與參考板的

6、距離（in）T為線的厚度(in)r為平板材料的介電常數(shù) 1. 微帶線結(jié)構(gòu)介質(zhì)材料第15頁/共86頁inpFTWHCr/)8 . 098. 5ln()41. 1(67. 00線路內(nèi)電容:特性阻抗:)8 . 098. 5ln()41. 179(0TWHZr5 W 15milZ0為特性阻抗（）W為線的寬度（in）T為線的厚度(in)H為信號線與參考板的距離（in） 微帶線的傳輸延遲：)/(67. 0475. 085inpstrpd)8 .098.5ln()41.187(0TWHZr15 W電源線信號線。電源線為1.2mm2.5mm。導(dǎo)線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對于集成

7、電路，尤其是數(shù)字電路，只要工藝允許，可使間距小至58mm。（4）布線的原則如下：第55頁/共86頁印制導(dǎo)線拐彎處一般取圓弧形，而直角或夾角在高頻電路中會影響電氣性能。盡量避免使用大面積銅箔，必須用大面積銅箔時，最好用柵格狀專用零伏線，電源線的走線寬度1mm；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。焊盤中心孔要比器件引線直徑稍大一些。焊盤太大易形成虛焊。焊盤外徑D一般不小于(d+1.2)mm，其中d為引線孔徑。對高密度的數(shù)字電路，焊盤最小直徑可取(d+1.0)mm。第56頁/共86頁高頻走線應(yīng)減少使用過孔連接。所有信號走線遠離晶振電路。晶振走

8、線盡量短,與地線回路相靠近。如有可能，晶振外殼接地。晶振 inclusion of guard trace around circuit （5） High threat signal 布線原則High frequencyFast rise and/or fall timeHigh voltage swingSwitching high current 第57頁/共86頁(6) 時鐘電路的布線電路板所有電路加電 僅給時鐘電路加電 第58頁/共86頁如果在外層布時鐘走線，將地平面和外層相鄰，以最小化噪聲；如果在內(nèi)層布時鐘走線，使用兩個參考平面將這個信號層夾在中間；應(yīng)當把電阻的位置放在最頂層靠近時鐘

9、元件的輸出頭處，電阻的另一端直接引入內(nèi)部布線層，接地平面排列在電源層之上；時鐘線要盡量避免換層，不要采用多層布線。因為高頻輻射電流不會隨著時鐘線一起跳，它會導(dǎo)致不連續(xù)性而產(chǎn)生串擾和電磁輻射；如果采用六層板以上時，不要把時鐘線安排在底層，也不要把時鐘布線層放在地層和電源層之下；在臨近的布線層不要把其它走線靠近，或直接布在時鐘線下，或經(jīng)過時鐘振蕩區(qū)。（a） 確定布線層第59頁/共86頁盡量減小連線長度，避免由于層間時鐘跳線造成的鏡像平面不連續(xù)而破壞了鏡像線條的磁通對消；或由于開關(guān)元件動作，在鏡像平面上產(chǎn)生的峰值浪涌電流。（b） 設(shè)計不同層間的跳線部位時鐘信號走線上不要使用過孔，過孔會導(dǎo) 致阻抗變化

10、和反射；第60頁/共86頁根據(jù)走線阻抗和終端匹配要求，選擇時鐘走線采用微帶線還是帶狀線；（c） 設(shè)計走線阻抗和終端匹配電路如果時鐘信號需要由主板引到子板上，時鐘線應(yīng)布置在遠離其它引線處并直接接到連接器上，最好采用點到點的布線方式。時鐘信號走線要盡可能直，使用圓弧形拐角或450過渡腳代替使用直角；對時鐘信號使用合理的終端以達到最小反射；第61頁/共86頁（d） 時鐘走線的保護對在一個充滿噪聲的環(huán)境中的系統(tǒng)時鐘走線進行隔離和保護，以免受其它電磁干擾源的干擾，PCB內(nèi)的地保護走線必須沿著關(guān)鍵信號的線路布放，而且保護線路的兩端都必須連接到地。第62頁/共86頁2. 單端布線：Daisy Chain -

11、 with Stubs - without StubsStar Routing Serpentine Routing （蛇狀）第63頁/共86頁（1） Daisy Chain Routing with Stubs第64頁/共86頁（2） Daisy Chain Routing without Stubs第65頁/共86頁（3） Star Routing 第66頁/共86頁4. Serpentine Routing （蛇狀）第67頁/共86頁第68頁/共86頁1. 多層板的分層結(jié)構(gòu)PCB的疊層設(shè)計有一下三方面決定：PCB目標成本制造技術(shù)所要求的布線通道- 四層板- 六層板- 八層板- 十層板 .

12、 第69頁/共86頁功能和功能區(qū)的劃分抑制噪聲的要求信號分類線條和節(jié)點數(shù)阻抗控制元件密度總線布置PCB的層數(shù)的選取和安排由以下方面決定：第70頁/共86頁6 Layer Board Stackup 1 Signal 12 Ground3 Power6 Signal 4Only safe routing LayerPoor noise margins on signal 2 3 and 4 since power flux must migrate through signal 2 to ground 3 Signal 24 Signal 3Poor power plane impedance

13、Poor flux cancellation for signal 3 and 41 Signal 12 Ground3 Power4 Signal 2Best Layer for flux cancellation Use Smallest distance for lowest power impedance (0.0040.006) May exhibit poor flux cancellation 4 Layer Board Stackup 第71頁/共86頁1 Signal 13 Ground4 Power6 Signal 42 Signal 25 Signal 3Poor flu

14、x cancellationPoor flux cancellationGood flux cancellationLower power impedance between plane and groundPoor flux cancellationCase 2:4 routing layer;2 planes6 Layer Board Stackup 第72頁/共86頁Case 3:1 Signal 12 Ground4 Power6 Signal 3Excellent routing Layer (X)3 Signal 25 GroundGood flux cancellation X-

15、Y paired traceExcellent routing Layer (Y) Lower power impedanceGood flux cancellationFill material coax6 Layer Board Stackup 3 routing layer;3 planes第73頁/共86頁8 Layer Board Stackup 1 Signal 13 Ground6 Power5 Signal 4Excellent routing Layer (X)2 Signal 2 X-Y paired traceExcellent routing Layer (Y) Poo

16、r noise margin on signal 5 & 6 since power flux must migrate through signal 3 &4 to ground8 Signal 67 Signal 54 Signal 3Poor flux cancellation第74頁/共86頁Case 2:8 Layer Board Stackup 1 Signal 12 Ground5 Power6 Signal 3Excellent routing Layer (X)3 Signal 2 X-Y paired trace8 Signal 4Excellent flux cancel

17、lation between power and ground4 Ground7 GroundFill 1Fill 2Excellent routing Layer (Y)Excellent routing Layer (X)Excellent routing Layer (Y) X-Y paired trace4 routing layer;4 planes第75頁/共86頁10 Layer Board Stackup 1 Signal 12 Ground6 Power8 Signal 5Excellent routing Layer (X)3 Signal 2 X-Y paired tra

18、ce10 Signal 6Excellent flux cancellation between power and ground5 Ground9 GroundFill 1Fill 2Excellent routing Layer (Y)Excellent routing Layer (X)Excellent routing Layer (Y) X-Y paired trace4 Signal 3Excellent routing Layer (X/Y)7 Signal 4Poor flux cancellation routing Layer第76頁/共86頁疊層疊層123456789102層層S1和地和地S2和和電源電源4層層S1地地電源電源S26層層S1S2地地電源電源S3S46層層S1地地S2S3電源電源S46層層S1地地S2電源電源地地S38層層S1S2地地S3S4電源電源S5S68層層S1地地S2地地電源電源S3地地S410層層S1地地S2S3地地電源電源S4S5地地S610層層S1S2電源電源1地地S3S4地地電源電源2S5S6第77頁/共86頁層