高速pcb設(shè)計(jì)指南之六-wenkub
2022-09-14 08:14:33 本頁(yè)面
【正文】 將你對(duì)阻抗的預(yù)測(cè)與制造商對(duì)阻抗的結(jié)合起來(lái)考慮，然后，利用這些阻抗預(yù)測(cè)可以驗(yàn)證用于開(kāi)發(fā) CAD 布線規(guī)則的仿真工具中的信號(hào)布線特性。 如果要用最少的布線層數(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)低成本、高產(chǎn)量的商業(yè)產(chǎn)品，則在布局或布線之前，要仔細(xì)考慮混合信號(hào) PCB 上所有特殊電源的布線細(xì)節(jié)。保持開(kāi)口層和布線層位置的層疊對(duì)稱(chēng)可以避免卡變形并簡(jiǎn)化制作過(guò)程。 要根據(jù)數(shù)字信號(hào)布線的需要，仔細(xì) 考慮利用電源和模擬接地層的開(kāi)口 (split)，特別是在混合信號(hào)器件的輸入和輸出端。第一層和第二層之間設(shè)置接地層，將把敏感的模擬參考源、 CPU 核和 PLL 濾波器電源的布線與在第一層的微處理器和 DSP 器件相隔離。 其中，微處理器是一個(gè)多電源器件，主電源為 2V， 的I/O 信號(hào)電源由板上其他數(shù)字器件共享。 OC48接口卡包含若干典型混合信號(hào) PCB 的布局和布線問(wèn)題，其布局和布線過(guò)程將指明解決混合信號(hào) PCB 布局方案的順序和步驟。 在布局和布線之前，工程師要弄清楚布局和布線方案的基本弱點(diǎn)。 圖 1：模擬和數(shù)字 電路：混合信號(hào)設(shè)計(jì)的兩個(gè)方面 在混合信號(hào) PCB 設(shè)計(jì)中，對(duì)電源走線有特別的要求并且要求模擬噪聲和數(shù)字電路噪聲相互隔離以避免噪聲耦合，這樣一來(lái)布局和布線的復(fù)雜性就增加了。在此，通過(guò)透徹分析高密度、高性能、混合信號(hào) PCB 的布局和布線設(shè)計(jì)，你可以掌握成功策略和技術(shù)。 對(duì)于現(xiàn)代板極設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，混合信號(hào) PCB 的概念比較模糊，這是因?yàn)榧词乖诩兇獾?“數(shù)字 ”器件中，仍然存在模擬電路和模擬效應(yīng)。： ； :； 群： 高速 PCB 設(shè)計(jì)指南之六 第一篇 混合信號(hào)電路板的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 模擬電路的工作依賴連續(xù)變化的電流和電壓。因此，在設(shè)計(jì)初期，為了可靠實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的時(shí)序分配，必須對(duì)模擬效應(yīng)進(jìn)行仿真。 一、混合信號(hào)電路布線基礎(chǔ) 當(dāng)數(shù)字和模擬電路在同一塊板卡上共享相同的元件時(shí)，電路的布局及布線必須講究方法。對(duì)電源傳輸線的特殊需求以及隔離模擬和數(shù)字電路之間噪聲耦合的要求，使混合信號(hào) PCB 的布局和布線的復(fù)雜性進(jìn)一步增加。即使存在虛假判斷，大部分工程師傾向利用布局和布線信息來(lái)識(shí)別潛在的電氣影響。 圖 2： OC48 接口卡的邏輯 如圖 2 所示， OC48 卡包含一個(gè)實(shí)現(xiàn)光信號(hào)和模擬電信號(hào)雙向轉(zhuǎn)換的光收發(fā)器。獨(dú)立數(shù)字時(shí)鐘源為 OC48 I/O、微處理器和系統(tǒng) I/O 提供時(shí)鐘。電源和接地層總是成對(duì)出現(xiàn)的，與 OC48 卡上為共享 電源層所做的一樣。在鄰近信號(hào)層穿過(guò)一開(kāi)口走線會(huì)造成阻抗不連續(xù)和不良的傳輸線回路。由于 1 盎司覆銅板耐大電流的能力強(qiáng)， 電源層和對(duì)應(yīng)的接地層要采用 1 盎司覆銅板，其它層可以采用 盎司覆銅板 ，這樣，可以降低暫態(tài)高電流或尖峰期間引起的電壓波動(dòng)。在開(kāi)始布局和布線之前，要讓目標(biāo)制造商復(fù)查初步的分層方案。 三、 OC48 卡的布局 在光收發(fā)器和 DSP 之間的高速模擬信號(hào)對(duì)外部噪聲非常敏感。系統(tǒng) I/O 連接器位置和信號(hào)分配也是固定的。對(duì) OC48 卡來(lái)說(shuō)， DSP 模擬電路部分包含有模擬參考電壓和模擬電源旁路電容的部分應(yīng)首先互動(dòng)布線。 要向芯片分銷(xiāo)商咨詢 PCB 排板的設(shè)計(jì)指南。在信號(hào)完整性 (SI)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，新器件的信號(hào)完整性設(shè)計(jì)特別重要。 數(shù)字布線的電氣和制造準(zhǔn)則規(guī)范此時(shí)才可以恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用到設(shè)計(jì)之中。但是，在開(kāi)始布線之前，很重要的一步是按照布局方案驗(yàn)證數(shù)字部分的時(shí)序。對(duì)于高頻器件來(lái)說(shuō)，電源的印制線相當(dāng)于小電感，它將惡化電源噪 聲，使模擬和數(shù)字電路之間產(chǎn)生不期望的耦合。要采用同樣的 “最短和最寬的走線 ”方法對(duì)旁路電容出路圖進(jìn)行布線。 電源出路圖確定之后，就可以開(kāi)始自動(dòng)布線。 如果要采用一個(gè)電源和接地層開(kāi)口 (split)方案，應(yīng)在平行于 開(kāi)口的鄰近布線層上選擇偏移層 (layer bias)。讓旁路電容跨過(guò)開(kāi)口的電源層對(duì)一些數(shù)字信號(hào)的布板有好處，但不推薦在數(shù)字和模擬電源層之間進(jìn)行橋接，這是因?yàn)樵肼晻?huì)通過(guò)旁路電容互相耦合。 總結(jié) OC48 卡布板完成之后要進(jìn)行信號(hào)完整性核查和時(shí)序仿真。 如 何降低數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)間的相互干擾呢？在設(shè)計(jì)之前必須了解電磁兼容 (EMC)的 兩個(gè)基本原則 ： 第一個(gè)原則是盡可能減小電流環(huán)路的面積；第二個(gè)原則是系統(tǒng)只采用一個(gè)參考面 。盡管這種方法可行，但是存在很多潛在的問(wèn)題，在復(fù)雜的大型系統(tǒng)中問(wèn)題尤其突出。流經(jīng)大 環(huán)路的高頻電流會(huì)產(chǎn)生輻射和很高的地電感，如果流過(guò)大環(huán)路的是低電平模擬電流，該電流很容易受到外部信號(hào)干擾。許多設(shè)計(jì)工程師僅僅考慮信號(hào)電流從哪兒流過(guò)，而忽略了電流的具體路徑。對(duì)于前者，跨越分割間隙的是光信號(hào)；在采用變壓器的情況下，跨越分割間隙的是磁場(chǎng)。 在實(shí)際工作中一般傾向于使用統(tǒng)一地，而將 PCB 分區(qū)為模擬部分和數(shù)字部分。出現(xiàn)這種問(wèn)題并不是因?yàn)闆](méi)有分割地，真正的原因是數(shù)字信號(hào)的布線不適當(dāng)。對(duì)于這樣的布線必須仔細(xì)地檢查和核對(duì)，要保證百分之百遵守布線規(guī)則。 如果系統(tǒng)僅有一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器，上面的問(wèn)題就很容易解決。而如果不這樣連接，就違反了廠商的要求。 如果對(duì)混合信號(hào) PCB 設(shè)計(jì)采用統(tǒng)一地的做法心存疑 慮，可以采用地線層分割的方法對(duì)整個(gè)電路板布局布線，在設(shè)計(jì)時(shí)注意盡量使電路板在后邊實(shí)驗(yàn)時(shí)易于用間距小于 1/2 英寸的跳線或 0歐姆電阻將分割地連接在一起。比較測(cè)試結(jié)果，會(huì)發(fā)現(xiàn)幾乎在所有的情況下，統(tǒng)一地的方案在功能和 EMC 性能方面比分割地更優(yōu)越。在有些情況下，將模擬電源以 PCB 連接線而不是一個(gè)面來(lái)設(shè)計(jì)可以避免電源面的分割問(wèn)題。 。 。 。不過(guò)，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，真正實(shí)用的技巧是當(dāng)這些準(zhǔn)則和法則因各種設(shè)計(jì)約束而無(wú)法準(zhǔn)確地實(shí)施時(shí)如何對(duì)它們進(jìn)行折衷處理。模擬、數(shù)字和 RF 電路都緊密地?cái)D在一起，用來(lái)隔開(kāi)各自問(wèn)題區(qū)域的空間非常小，而且考慮到成本因素，電路板層數(shù)往往又減到最小。 一、 RF 布局概念 在設(shè)計(jì) RF 布局時(shí)，有幾個(gè)總的原則必須優(yōu)先加以滿足： 盡可能地把高功率 RF 放大器 (HPA)和低噪音放大器 (LNA)隔離開(kāi)來(lái) ，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是讓高功率 RF 發(fā)射電路遠(yuǎn)離低功率 RF接收電路。 確保 PCB 板上高功率區(qū)至少有一整塊地，最好上面沒(méi)有過(guò)孔 ，當(dāng)然，銅皮越多越好。 敏感的模擬信號(hào)應(yīng)該盡可能遠(yuǎn)離高速數(shù)字信號(hào)和 RF 信號(hào) 。元器件布局是實(shí)現(xiàn)一個(gè)優(yōu)秀RF 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，最有效的技術(shù)是首先固定位于 RF 路徑上的元器件，并調(diào)整其朝向以將 RF 路徑的長(zhǎng)度減到最小，使輸入遠(yuǎn)離輸出，并盡可能遠(yuǎn)地分離高功率電路和低功率電路。 RF 與 IF 走線應(yīng)盡可能走
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