【正文】 17 圖 4 在此示波器照片中，最上面的波形取自 JP1(到數(shù)字電位器的數(shù)字碼 )，第二個(gè)波形取自JP5(相鄰模擬走線上的噪聲 )，最下面的波形取自 TP10(16 位 D/A 轉(zhuǎn)換器輸出端的噪聲 )。如果 VDD為 5V，那么這些 D/A 轉(zhuǎn)換器的 LSB 大小等于 。 為講解圖 2 所示電路的工作原理，采用三個(gè) 8 位數(shù)字電位器和三個(gè) CMOS 運(yùn) 算放大器組成一個(gè) 16 位 D/A 轉(zhuǎn)換器。 寄生電容 的危害 大多數(shù)寄生電容都是靠近放置兩條平行走線引起的。 圖 2 用三個(gè) 8 位數(shù)字電位器和三個(gè)放大器提供 65536 個(gè)差分輸出電壓，組成一個(gè) 16 位 D/A 轉(zhuǎn)換器。當(dāng)將電路原理圖轉(zhuǎn)化為實(shí)際的 PCB 時(shí)，所有這些寄生元件都可能對(duì)電路的有效性產(chǎn)生干擾。要設(shè)法實(shí)現(xiàn)低阻抗的電源和地網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)盡量減小數(shù)字電路導(dǎo)線的感抗，盡量降低模擬電路的電容耦合。在這兩種走線配置中，一條走線上電流隨時(shí)間的變化 (dI/dt)，由于這條走線的感抗，會(huì)在同一條走線上產(chǎn)生電壓；并由于互感的存在，會(huì)在另一條走線上產(chǎn)生成比例的電流。 另一種技術(shù)是在這兩條走線之間布地線。要改變的最有效尺寸是兩條走線之間的距離。如 果發(fā)生快速電壓瞬變的走線靠近高阻抗模擬走線，這種誤差將嚴(yán)重影響模擬電路的精度。可以這樣做：在不同的兩層，將一條走線放置在另一條走線的上方；或者在同一層，將一條走線放置在另一條走線的旁邊，如圖 5 所示。兩者之中，模擬電路對(duì)開關(guān)噪聲最為敏感。 (右 ) 要盡可能將高頻和低頻分開，高頻元件要靠近電路板的接插件 13 圖 5 在 PCB 上布兩條靠近的走線，很容易形成寄生電容。這一點(diǎn)可以通過如下做法來(lái)實(shí)現(xiàn)：將模擬地平面單獨(dú)連接到系統(tǒng)地連接端，或 者將模擬電路放置在電路板的最遠(yuǎn)端，也就是線路的末端。 模擬和數(shù)字領(lǐng)域布線策略的不同之處 地平面是個(gè)難題 電路板布線的基本知識(shí)既適用于模擬電路，也適用于數(shù)字電路。如果電源線和地線配合不當(dāng)，會(huì)設(shè)計(jì)出系統(tǒng)環(huán)路，并很可能會(huì)產(chǎn)生噪聲。電壓變化太大，會(huì)導(dǎo)致數(shù)字信號(hào)電平進(jìn)入不確定狀態(tài)，并很可能引起數(shù)字器件中的狀態(tài)機(jī)錯(cuò)誤運(yùn)行。這些電容的一個(gè)功能是用作 “微型 ”電荷庫(kù)。供電電源去耦電容 (10mF)應(yīng)放置在電路板的電源線入口處。在模擬布線設(shè)計(jì)中，旁路電容通常用于旁路電源上的高頻信號(hào)，如果不加旁路電容，這些高頻信號(hào)可能通過電源引腳進(jìn)入敏感的模 擬芯片。電容取值范圍為推薦值的 1/10 至 10 倍之間。本文就旁路電容、電源、地線設(shè)計(jì)、電壓誤差和由 PCB 布線引起的電磁干擾 (EMI)等幾個(gè)方面，討論模擬和數(shù)字布線的基本相似之處及差別。 10 這是分隔開接地回路的非常有效的方法，我們?cè)谇懊嬗懻摰膱D 4 和圖 5 的布線也采用了這種技術(shù)。 5. 高速電流不應(yīng)流經(jīng)低速器件 與上述類似，高速電路的地返回信號(hào)也會(huì)造成地平面的電壓發(fā)生變化。 4. 數(shù)字電流不應(yīng)流經(jīng)模擬器件 數(shù)字器件開關(guān)時(shí)，回路中的數(shù)字電流相當(dāng)大，但只是瞬時(shí)的，這種現(xiàn)象是由地線的有效感抗和阻抗引起的。這是一個(gè)好的經(jīng)驗(yàn)法則，但要知道，接地線的最小寬度是從此點(diǎn)到末端的有效寬度，此處“末端”指距離電源連接端最遠(yuǎn)的點(diǎn)。 這兩種雙面板都在底層布有地平面，這種做法是為了方便工程師解決問題，使其可快速明了電路板的布線。另外，還會(huì)發(fā)現(xiàn)底層的地線返回路徑被水平信號(hào)線隔斷了。 圖 1 采用自動(dòng)布線為圖 3 所示電路原理圖設(shè)計(jì)的電路板的頂層 5 圖 2 采用自動(dòng)布線為圖 3 所示電路原理圖設(shè)計(jì)的電路板的底層 采用這種布線方案時(shí)，有幾個(gè)方面需要注意，但最麻煩的是接地。但是，在設(shè)計(jì)模擬、混合信號(hào)或高速電路板時(shí)，如果采用布線軟件的自動(dòng)布線工具，可能會(huì)出現(xiàn)一些問題，甚至很可能帶來(lái)嚴(yán)重的電路性能問題。盡管多層板 (4 層、 6 層及 8 層 )方案在尺寸、噪聲和性能方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，成本壓力卻促使工程師們重新考慮其布線策略，采用雙面板。 4 對(duì)一些不理想的線形進(jìn)行修改。 電源線和地線的寬度是否合適，電源與地線之間是否緊耦合（低的波阻抗）？在 PCB 中是否還有能讓地線加寬的地方。網(wǎng)格過疏，通路太少對(duì)布通率的影響極大。多層板的接電（地）層腿的處理相同。因?yàn)樽詈檬潜Ａ舻貙拥耐暾浴?shù)字地與模擬地 有一點(diǎn)短接，請(qǐng)注意，只有一個(gè)連接點(diǎn)。或是做成多層板，電源，地線各占用 一層。 1 電源、地線的處理 既使在整個(gè) PCB 板中的布線完成得都很好，但由于電源、 地線的考慮不周到而引起的干擾，會(huì)使產(chǎn)品的性能下降，有時(shí)甚至影響到產(chǎn)品的成功率。 自動(dòng)布線的布通率，依賴于良好的布局，布線規(guī)則可以預(yù)先設(shè)定， 包括走線的彎曲次數(shù)、導(dǎo)通孔的數(shù)目、步進(jìn)的數(shù)目等。 PCB 布線經(jīng)驗(yàn) (二） PCB 設(shè)計(jì)中，布線是完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要步驟，可以說(shuō)前面的準(zhǔn)備工作都是為它而做的， 在整個(gè) PCB 中，以布線的設(shè)計(jì)過程限定最高，技巧最細(xì)、工作量最大。導(dǎo)線太細(xì)，而大面積的未布線區(qū)又沒有設(shè)置敷銅，容易造成腐蝕不均勻。所以，焊點(diǎn)的最小距離的確定應(yīng)綜合考慮焊接人員的素質(zhì)和工效。同向并行的線條密度太大，焊接時(shí)很容易連成一片。 ：有條件做寬的線決不做細(xì)；高壓及高頻線應(yīng)園滑，不得有尖銳的倒角，拐彎 2 也不得采用直角。 /退耦電容：一般在原理圖中僅畫出若干電源濾波 /退耦電容，但未指出它們各自應(yīng)接于何處 ?，F(xiàn)實(shí)中，因受各種限制很難完全辦到，但應(yīng)盡力遵循。上下層之間走線的方向基本垂直。其目的是防止相互干擾。 考慮整體美觀 一個(gè)產(chǎn)品的成功與否，一是要注重內(nèi)在質(zhì)量，二是兼顧整體的美觀，兩者都較完美才能認(rèn)為該產(chǎn)品是成功的。 1 PCB 布局 在設(shè)計(jì)中，布局是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。在布局完成后，還可對(duì)設(shè)計(jì)文件及有關(guān)信息進(jìn)行返回標(biāo)注于原理圖，使得 PCB 板中的有關(guān)信息與原理圖相一致，以便在今后的建檔、更改設(shè)計(jì)能同步起來(lái) , 同時(shí)對(duì)模擬的有關(guān)信息進(jìn)行更新，使得能對(duì)電 路的電氣性能及功能進(jìn)行板級(jí)驗(yàn)證。拋開其它因素，僅就 PCB 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)，我有以下幾點(diǎn)體會(huì)，供大家參考： ：如輸入 /輸出，交流 /直流，強(qiáng) /弱信號(hào)，高頻 /低頻，高壓 /低壓等 ...，它們的走向應(yīng)該是呈線形的 (或分離 )，不得相互交融。所以 “合理”是相對(duì)的。一般情況下要求共點(diǎn)地，如：前向放大器的多條地線應(yīng)匯合后再與干線地相連等等 ...。如能針對(duì)具體的電路板來(lái)解釋就容易理解。 在貼片器件的退耦電容最好在布在板子另一面的器件肚子位置，電源和地要先過電容，再進(jìn)芯片。所以，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減少過線孔。否則將留下隱患。容易將焊盤鉆成“ c”形，重則鉆掉焊盤。 以上諸多因素都會(huì)對(duì)電路板的質(zhì)量和將來(lái)產(chǎn)品的可靠性大打折扣。必要時(shí)應(yīng)加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產(chǎn)生寄生耦合。 對(duì)目前高密度的 PCB 設(shè)計(jì)已感覺到貫通孔不太適應(yīng)了， 它浪費(fèi)了許多寶貴的布線通道，為解決這一矛盾，出現(xiàn)了盲孔和埋孔技 術(shù)，它不僅完成了導(dǎo)通孔的作用， 還省出許多布線通道使布線過程完成得更加方便，更加流暢，更為完善， PCB 板的設(shè)計(jì)過程是一個(gè)復(fù)雜而又簡(jiǎn)單的過程，要想很好地掌握它，還需廣大電子工程設(shè)計(jì)人員去自已體會(huì)， 才能得到其中的真諦。 盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：地線＞電源線＞信號(hào)線，通常信號(hào)線寬為： ～ ,最經(jīng)細(xì)寬度可達(dá) ～ ,電源線為 ～ mm 對(duì)數(shù)字電路的 PCB 可用寬的地導(dǎo)線組成一個(gè)回路 , 即構(gòu)成一個(gè)地網(wǎng)來(lái)使用 (模擬電路的地不能這樣使用 ) 用大面積銅層作地線用 ,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用。 數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強(qiáng)，對(duì)信號(hào)線來(lái)說(shuō)，高頻的信號(hào)線盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件，對(duì)地線來(lái)說(shuō)，整個(gè) PCB 對(duì)外界只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)，所以必須在 PCB 內(nèi)部進(jìn)行處理數(shù)、模共地的問題，而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實(shí)際上是分開的它們之間互不相連，只是在 PCB與外界連接的接口處（如插頭等）。首先應(yīng)考慮用電源層，其次才是地層。所以兼顧電氣性能與工藝需要，做成十字花焊盤，稱之為熱隔離（ heat shield）俗稱熱焊盤（ Thermal），這樣，可使在焊接時(shí)因截面過分散熱而產(chǎn)生虛焊點(diǎn)的可能性大大減少。而有些通路是無(wú)效的，如被元件腿的焊盤占用的或被安裝孔、定位孔所占用的等。 6 設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（ DRC） 布線設(shè)計(jì)完成后，需認(rèn)真檢查布線設(shè)計(jì)是否符合設(shè)計(jì)者所制定的規(guī)則，同時(shí)也需確認(rèn)所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求 ，一般檢查有如下幾個(gè)方面： 線與線，線與元件焊盤，線與貫通孔，元件焊盤與貫通孔，貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理，是否滿足生產(chǎn)要求。 后加在 PCB 中的圖形（如圖標(biāo)、注標(biāo)）是否會(huì)造成信號(hào)短路。 PCB 布線設(shè)計(jì)（一） 在當(dāng)今激烈競(jìng)爭(zhēng)的電池供電市場(chǎng)中，由于成本指標(biāo)限制，設(shè)計(jì)人員常常使用雙面板。通常，純數(shù)字的電路板 (尤其信號(hào)電平比較低，電路密度比較小時(shí) )采用自動(dòng)布線是沒有問題的。設(shè)計(jì)此混合信號(hào)電路板時(shí)，經(jīng)仔細(xì)考慮，將器件手工放在板上，以便將數(shù)字和模擬器件分開放置 。當(dāng)檢查這種布線策略時(shí)，首先發(fā)現(xiàn)的弊端是存在多個(gè)地環(huán)路。在手工布線時(shí)，為確保正確實(shí)現(xiàn)電路，需要遵循一些通用的設(shè)計(jì)