【正文】 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)。)Vt fCnD
A L039。第一種模式可用于獲得可編程、可調(diào)節(jié)的直流差分電壓。需要強(qiáng)調(diào)的是，第一次就應(yīng)該正確布線，本文的目的是為了講解如何識別問題及如何對布線做重大改進(jìn)。第三個(gè)數(shù)字電位器在兩個(gè)輸出狀態(tài)之間翻轉(zhuǎn)。尤其是有源數(shù)字走線靠近高阻抗模擬走線時(shí)，會(huì)引起嚴(yán)重的耦合噪聲，這只能通過增加走線之間的距離來避免。此轉(zhuǎn)換器使用了由電容陣列形成的電荷分布。對于這些器件，需要特別注意防止來自轉(zhuǎn)換器串行或并行輸出接口的數(shù)字反饋。39。c^G Re~中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客9~39。然而，隔離開地可增大轉(zhuǎn)換器具有良好和可重復(fù)精度的可能性。pas0 ，轉(zhuǎn)換器的電源和地應(yīng)該連接到模擬平面。對于有10Hz數(shù)據(jù)速率的高分辨率∑△型A/D轉(zhuǎn)換器，加在轉(zhuǎn)換器上的時(shí)鐘（內(nèi)部或外部時(shí)鐘）可能為10MHz或20MHz。如果在電路板的地平面?zhèn)刃枰袃?nèi)部連接走線，那么走線要盡可能短并與地電流回路垂直。%c/W1W,^C62JVT0 圖2 來自于12位A/D轉(zhuǎn)換器MCP3201的數(shù)據(jù)的時(shí)域表示，產(chǎn)生了有趣的周期信號。例如，圖1中A/D轉(zhuǎn)換器輸出的時(shí)序圖如圖2所示。數(shù)據(jù)顯示，電路的這些更改消除了來自電路信號路徑的噪聲源。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客 rgW。走線之間的隨機(jī)耦合在某種程度上更難以發(fā)現(xiàn)，在這種情況下，時(shí)域分析可能比較有效。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客]samp。采用的負(fù)載單元是Omega公司的LCL816G。然后，單片機(jī)用查找表將來自A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為重量。t)C1iAjI_0 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客F39。z1ek0 圖3 圖1電路的頂層布線和底層布線，此布線中沒有地平面和電源平面。完成這個(gè)任務(wù)有兩個(gè)準(zhǔn)則：中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客}\7c E3wyw8Z,F(?5wUr0　　1. 將電路中器件分成兩大類：高速(40MHz)器件和低速器件。A/D轉(zhuǎn)換器的布線策略在本刊2004年1月中有詳細(xì)論述。采用地平面可以很容易解決這些問題，但是，如果沒有地平面，要克服這些問題幾乎是不可能的。注意此布線中有地平面。o9]kL中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客*AMr[9yD圖8 顯示在圖1電路中添加一個(gè)四階抗信號混疊濾波器后的轉(zhuǎn)換結(jié)果。兩次測試中使用了相同的有源器件。“最少”可由電路板設(shè)計(jì)人員定義。這個(gè)基本準(zhǔn)則將降低無關(guān)信號耦合到信號路徑的可能性。如果從高阻抗輸入端引出的走線靠近有快速變化電壓的走線(如數(shù)字或時(shí)鐘信號線)，就會(huì)發(fā)生這種情況，此時(shí)電荷通過寄生電容耦合到高阻抗走線中。如果設(shè)計(jì)電路時(shí)，沒有加旁路電容，電源噪聲很可能使電路的精度達(dá)不到12位。如果帶寬在這兩個(gè)頻率之間，可同時(shí)使用這兩種容值的電容，或使用其一。此電路板中，當(dāng)在儀表放大器的輸出和A/D轉(zhuǎn)換器的輸入之間接入一個(gè)四階、10Hz抗信號混疊濾波器時(shí)，轉(zhuǎn)換響應(yīng)的性能大為提高，如圖8所示。 　　3. 使電源線比板上的其它走線寬。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客\)AaD \ 　　8. 確保對混合信號電路中的信號正確濾波。z R4n0　　1. 檢查器件相對于接插件的位置，確保高速器件和數(shù)字器件最靠近接插件。 　　抗信號混疊濾波器中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客![K5~zhm 請注意，圖1所示的電路中沒有抗信號混疊濾波器。如果器件的帶寬小于或等于1MHz，那么采用1mF的電容可以顯著降低引入的噪聲。t0　　旁路電容和抗信號混疊濾波器的使用中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客Q39。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客/A*_!QdY4mGy)wYZD G V39。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客iamp。 　　A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字碼的噪聲可歸因于運(yùn)放的噪聲和缺少抗信號混疊濾波器。A/D轉(zhuǎn)換器輸出的柱狀圖如圖6所示。信號會(huì)通過這種寄生電容在走線之間耦合。采用這種電路布線，控制器專用于與轉(zhuǎn)換器接口，并將轉(zhuǎn)換器的結(jié)果發(fā)送到LCD顯示器。其一，因?yàn)槟M信號是以地為基準(zhǔn)的，地噪聲問題比電源噪聲問題更難應(yīng)對。在圖2b中，數(shù)字器件最靠近電路板的接插件和電源，與其它數(shù)字和模擬電路分離開了。W c XI%M0　　器件布局!\7u\ a2P2xSN$f0 ]3`/T7_,dn/rx0　　既然是采用手工布線，那么第一個(gè)步驟是在板上放置器件。要將高頻元件 和數(shù)字器件盡量靠近接插件放置。如果自動(dòng)布線工具可以實(shí)現(xiàn)布線限制，可能還有成功的可能性。oQ+v{ ?1| 　　根據(jù)電路精度要求，選擇一個(gè)12位A/D轉(zhuǎn)換器。PCB布線設(shè)計(jì)（六）對于12位傳感系統(tǒng)的布線，應(yīng)用的電路是一負(fù)載單元電路，該電路可精確測量傳感器上施加的重量，然后將結(jié)果顯示在LCD顯示屏上。失真是由于使放大器輕微過激勵(lì)引起的。在此例中，布線時(shí)幾乎沒有考慮走線之間的耦合作用，在FFT圖中可以看到忽略此細(xì)節(jié)的結(jié)果。T,}E r0 圖4 耦合到模擬走線的數(shù)字噪聲有時(shí)被誤解為寬帶噪聲。電源上加了一個(gè)10mF的電容。A W$Or。MK SnR J vT0 圖1 SCX015壓力傳感器輸出端的電壓由儀表放大器(A1和A2)放大。在此雙面板上，地平面至少要覆蓋整個(gè)板面積的75%。數(shù)字或模擬設(shè)計(jì)工程師一般都傾向于將這些引腳分開，分別連接到不同的平面。這種系統(tǒng)的正確電源策略如圖3所示。模擬和數(shù)字電源引腳也應(yīng)該連接到模擬電源平面或至少連接到模擬電源軌，并且要盡可能靠近每個(gè)電源引腳連接適當(dāng)?shù)呐月冯娙?。vy0v(FU0例如，10位和12位轉(zhuǎn)換器典型樣片的引腳配置如圖2所示。因此，此轉(zhuǎn)換器所需的大部分能量和電流都用于內(nèi)部模擬電路。顯然，這種移植并沒有改變這些轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)布線策略。本文將以逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器和∑△型A/D轉(zhuǎn)換器為例，探討A/D轉(zhuǎn)換器所需的PCB布線策略。t!d]cu!GoB n0 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客G1Nykbx 結(jié)語h7e%]vSM0中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客7M。Fdc 　　系統(tǒng)中對數(shù)字電位器編程的數(shù)字信號沿著走線逐漸傳輸?shù)捷敵鲋绷麟妷旱哪M線路。此電路是在實(shí)驗(yàn)室中快速設(shè)計(jì)出的，沒有注意細(xì)節(jié)。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客d9G
B|7Md中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客DiO。e|pznqTH n0 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客{ |amp。這兩個(gè)放大器配置為其輸出擺幅限制不會(huì)超出第二級放大器的輸入范圍。2R8g5c!FOw0 ?QYuM
H0v W4]39。如果系統(tǒng)中的VDD為5V，那么此D/。例如：PCB的寄生電阻由元件之間的走線形成；電路板上的走線、焊盤和平行走線會(huì)產(chǎn)生寄生電容；寄生電感的產(chǎn)生途徑包括環(huán)路電感、互感和過孔。 H39。在這種情況下，長度L降低，兩條走線之間的容抗也會(huì)降低。d \7\vtj/Q|0　　快速電壓瞬變最常發(fā)生在模擬信號設(shè)計(jì)的數(shù)字側(cè)。M,E~S/A [y:V` C 　　PCB設(shè)計(jì)中很容易形成可能產(chǎn)生問題的兩種基本寄生元件：寄生電容和寄生電感。M7}0N`G i圖6 如果不注意走線的放置，PCB中的走線可能產(chǎn)生線路感抗和互感。這一點(diǎn)可以通過如下做法來實(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。r]MKO ?\)Z0此電路板上，設(shè)計(jì)出的環(huán)路面積為697cm2。由于開關(guān)時(shí)芯片上產(chǎn)生開關(guān)瞬態(tài)電流并流經(jīng)電路板，有額外的“備用”電荷是有利的。i圖2 在此電路板上，使用不同的路線來布電源線和地線，由于這種不恰當(dāng)?shù)呐浜希娐钒宓碾娮釉骷途€路受電磁干擾的可能性比較大中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客 n5z?:pk中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客amp。但有趣的是，其原因卻有所不同。模擬和數(shù)字領(lǐng)域的布線策略有一些類似之處，但要獲得更好的結(jié)果時(shí)，由于其布線策略不同，簡單電路布線設(shè)計(jì)就不再是最優(yōu)方案了。Z0 圖6 如果不能采用地平面，可以采用“星形”布線策略來處理電流回路!q\.u
s7MI[0中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客!ivfA/zKb\Z中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客,l0Aeamp。對于地平面或接地走線的感抗部分，計(jì)算公式為V = Ldi/dt，其中V是產(chǎn)生的電壓，L是地平面或接地走線的感抗，di是數(shù)字器件的電流變化，dt是持續(xù)時(shí)間。}X3sSeN0圖3b 圖圖圖4和圖5中布線的模擬部分電路原理圖中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客6M8L0vTiIyF! 8] B f`(zUamp?！　D3a和圖3b所示電路的手工布線如圖圖5所示。 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客$kamp。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，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。　　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。多層板的接電（地）層腿的處理相同。數(shù)字地與模擬地有一點(diǎn)短接，請注意，只有一個(gè)連接點(diǎn)?！　? 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?！?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。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。　?。河袟l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，拐彎也不得采用直角。現(xiàn)實(shí)中，因受各種限制很難完全辦到，但應(yīng)盡力遵循。其目的是防止相互干擾。PCB布局在設(shè)計(jì)中，布局是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。拋開其它因素，僅就PCB設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)來說，我有以下幾點(diǎn)體會(huì)，供大家參考：　?。喝巛斎?輸出，交流/直流，強(qiáng)/弱信號，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。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...。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。否則將留下隱患。 以上諸多因素都會(huì)對電路板的質(zhì)量和將來產(chǎn)品的可靠性大打折扣?！　δ壳案呙芏鹊腜CB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?！　?shù)字電路的頻率高，模擬電路的