电路设计宝典:轻松开启PCB设计之门

来源:网站整理 作者:孔令双2014年09月04日 14:10
[导读] PCB设计是电子工程师最基本技能,同时也是最重要的技能之一。PCB线路的转角、长短、EMI、阻抗等因素时时刻刻影响着电路板的工作性能。本文为工程师总结了在PCB设计当中应该注意的几个重要问题,为工程师PCB设计提供参考。
  一、PCB Layout中的走线策略   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。   想要获得更多新鲜PCB设计资料,请关注PCB设计技术专题   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。 走线拐角变化   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。   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。 差分信号结构示意图   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。   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。 几种蛇形走线结构
蛇形走线模型
  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。

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