pcb布局布線經(jīng)驗(yàn)匯編(編輯修改稿)
2024-09-19 15:52 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 中，模擬電路有兩個(gè)不利的方面：其噪聲容限比數(shù)字電路低得多；高阻抗走線比較常見。f+N6^cw0 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9nZ$lE+vx 采用下述兩種技術(shù)之一可以減少這種現(xiàn)象。最常用的技術(shù)是根據(jù)電容的方程，改變走線之間的尺寸。要改變的最有效尺寸是兩條走線之間的距離。應(yīng)該注意，變量d在電容方程的分母中，d增加，容抗會降低?？筛淖兊牧硪粋€(gè)變量是兩條走線的長度。在這種情況下，長度L降低，兩條走線之間的容抗也會降低。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客7[6R K3}y$b,d 另一種技術(shù)是在這兩條走線之間布地線。地線是低阻抗的，而且添加這樣的另外一條走線將削弱產(chǎn)生干擾的電場，如圖5所示。my$t gNV0 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客*[*RGF h @2^ 電路板中寄生電感產(chǎn)生的原理與寄生電容形成的原理類似。也是布兩條走線，在不同的兩層，將一條走線放置在另一條走線的上方；或者在同一層，將一條走線放置在另一條的旁邊，如圖6所示。在這兩種走線配置中，一條走線上電流隨時(shí)間的變化(dI/dt)，由于這條走線的感抗，會在同一條走線上產(chǎn)生電壓；并由于互感的存在，會在另一條走線上產(chǎn)生成比例的電流。如果在第一條走線上的電壓變化足夠大，干擾可能會降低數(shù)字電路的電壓容限而產(chǎn)生誤差。并不只是在數(shù)字電路中才會發(fā)生這種現(xiàn)象，但這種現(xiàn)象在數(shù)字電路中比較常見，因?yàn)閿?shù)字電路中存在較大的瞬時(shí)開關(guān)電流。 H39。y3M5S。^Zd39。]8X0 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客*D:Asck ?ng{w 為消除電磁干擾源的潛在噪聲，最好將“安靜”的模擬線路和噪聲I/O端口分開。要設(shè)法實(shí)現(xiàn)低阻抗的電源和地網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)盡量減小數(shù)字電路導(dǎo)線的感抗，盡量降低模擬電路的電容耦合。oamp。do a Ce2}yEs0 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客V$Xq$K f/r sXU n PCB布線設(shè)計(jì)（三）布線需要考慮的問題很多，但是最基本的的還是要做到周密，謹(jǐn)慎。 寄生元件危害最大的情況印刷電路板布線產(chǎn)生的主要寄生元件包括：寄生電阻、寄生電容和寄生電感。例如：PCB的寄生電阻由元件之間的走線形成；電路板上的走線、焊盤和平行走線會產(chǎn)生寄生電容；寄生電感的產(chǎn)生途徑包括環(huán)路電感、互感和過孔。當(dāng)將電路原理圖轉(zhuǎn)化為實(shí)際的PCB時(shí)，所有這些寄生元件都可能對電路的有效性產(chǎn)生干擾。本文將對最棘手的電路板寄生元件類型 — 寄生電容進(jìn)行量化，并提供一個(gè)可清楚看到寄生電容對電路性能影響的示例。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客7qY e N }m,h。md中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客M H R@t2a @7` /b z!@a6] x%}cq0 圖1 在PCB上布兩條靠近的走線，很容易產(chǎn)生寄生電容。由于這種寄生電容的存在，在一條走線上的快速電壓變化會在另一條走線上產(chǎn)生電流信號。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客。F~z.~p}4Hq2|W+K圖2 用三個(gè)8位數(shù)字電位器和三個(gè)放大器提供65536個(gè)差分輸出電壓，組成一個(gè)16位D/A轉(zhuǎn)換器。如果系統(tǒng)中的VDD為5V，那么此D/。fP VwrZ`,o0\7s:Q UK1]+k0 圖3 這是對圖2所示電路的第一次布線嘗試。此配置在模擬線路上產(chǎn)生不規(guī)律的噪聲，這是因?yàn)樵谔囟〝?shù)字走線上的數(shù)據(jù)輸入碼隨著數(shù)字電位器的編程需求而改變。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客7o1\d1Aq7k1n 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客$JXL8?lu,GG Q 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?？梢圆捎脠D1所示的公式來計(jì)算這種電容值。VF。\b7W%DxF?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(NR ] F} 在混合信號電路中，如果敏感的高阻抗模擬走線與數(shù)字走線距離較近，這種電容會產(chǎn)生問題。例如，圖2中的電路就很可能存在這種問題。2R8g5c!FOw0 ?QYuMH0v W4]39。Y0 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。在此圖的左側(cè)，在VDD和地之間跨接了兩個(gè)數(shù)字電位器(U3a和U3b)，其抽頭輸出連接到兩個(gè)運(yùn)放(U4a和U4b)的正相輸入端。數(shù)字電位器U2和U3通過與單片機(jī)(U1)之間的SPI接口編程。在此配置中，每個(gè)數(shù)字電位器配置為8位乘法型D/A轉(zhuǎn)換器。如果VDD為5V，那么這些D/。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j1zdB(jzs 這兩個(gè)數(shù)字電位器的抽頭都分別連接到兩個(gè)配置了緩沖器的運(yùn)放的正相輸入端。在此配置中，運(yùn)放的輸入端是高阻抗的，將數(shù)字電位器與電路其它部分隔離開了。這兩個(gè)放大器配置為其輸出擺幅限制不會超出第二級放大器的輸入范圍。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 {qj _P39。EKi%@ _r @t0 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 DRn m7f0~ Li[a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)。N GMq0Iw0D iw0 圖5 采用這種新的布線，將模擬線路和數(shù)字線路隔離開了。增大走線之間的距離，基本消除了在前面布線中造成干擾的數(shù)字噪聲。{ ?4xamp。h A(Z,L4H ?U ^0amp。e|pznq T H 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。u1X uu:dML ~] d fa6I _0 圖 6 圖中示出了采用新布線的16位D/A轉(zhuǎn)換器的單個(gè)碼轉(zhuǎn)換結(jié)果，對數(shù)字電位器編程的數(shù)字信號沒有造成數(shù)字噪聲。)Vt fCnDA @ L039。mg:H%v0Xy f0 k {/]eR(Ste4V:}W0 為使此電路具有16位D/A轉(zhuǎn)換器的性能，采用第三個(gè)數(shù)字電位器(U2a)跨接在兩個(gè)運(yùn)放(U4a和U4b)的輸出端之間。U3a和U3b的編程設(shè)定經(jīng)數(shù)字電位器后的電壓值。如果VDD為5V。此電壓大小經(jīng)第三個(gè)8位數(shù)字電位器R3。此電路獲得最優(yōu)性能所需的嚴(yán)格器件規(guī)格如表1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d9GB|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Di O。]7m5? N_ 此電路有兩種基本工作模式。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。在此模式中，電路的數(shù)字部分只是偶爾使用，在正常工作時(shí)不使用。第二種模式是可以將此電路用作任意波形發(fā)生器。在此模式中，電路的數(shù)字部分是電路運(yùn)行的必需部分。此模式中可能發(fā)生電容耦合的危險(xiǎn)。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:V!t,G{:Xu,c K:K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 Q!de7X*|d3n 圖2所示電路的第一次布線如圖3所示。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)。在檢查布線時(shí)，發(fā)現(xiàn)將數(shù)字走線布在了高阻抗模擬線路的旁邊。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)。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 cIfs/N.[0~)G)BH1m4GG n:rx }g? e6R+ox0 看一下此布線中不同的走線，可以明顯看到哪里可能存在問題。圖中的模擬走線從U3a的抽頭連接到U4a放大器的高阻抗輸入端。圖中的數(shù)字走線傳送對數(shù)字電位器設(shè)置進(jìn)行編程的數(shù)字碼。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x0oe!Bv I M b7Qr+G,xz%x0 在測試板上經(jīng)過測量，發(fā)現(xiàn)數(shù)字走線中的數(shù)字信號耦合到了敏感的模擬走線中，參見圖4。[f AF+Q U){9wN:{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+@u vXamp。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。此噪聲通過電路的模擬部分一直傳播到第三個(gè)數(shù)字電位器(U5a)。第三個(gè)數(shù)字電位器在兩個(gè)輸出狀態(tài)之間翻轉(zhuǎn)。解決這個(gè)問題的方法主要是分隔開走線，圖5示出了改進(jìn)的布線方案。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E%h bynP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B39。XkC/rw8k 改變布線的結(jié)果如圖6所示。將模擬和數(shù)字走線仔細(xì)分開后，電路成為非?！案蓛簟钡?6位D/A轉(zhuǎn)換器。amp。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G1Nykb x 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。a zIo1Q*k g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] i p2fJ+O)_ 數(shù)字和模擬范圍確定后，謹(jǐn)慎布線對獲得成功的PCB是至關(guān)重要的。尤其是有源數(shù)字走線靠近高阻抗模擬走線時(shí)，會引起嚴(yán)重的耦合噪聲，這只能通過增加走線之間的距離來避免。PCB布線設(shè)計(jì)（四）AD轉(zhuǎn)換器的精度和分辨率增加時(shí)使用的布線技巧。最初，模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器起源于模擬范例，其中物理硅的大部分是模擬。隨著新的設(shè)計(jì)拓?fù)鋵W(xué)發(fā)展，此范例演變?yōu)椋诘退貯/D轉(zhuǎn)換器中數(shù)字占主要部分。盡管A/D轉(zhuǎn)換器片內(nèi)由模擬占主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓴?shù)字占主導(dǎo)，PCB的布線準(zhǔn)則卻沒有改變。當(dāng)布線設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)混合信號電路時(shí)，為實(shí)現(xiàn)有效布線，仍需要關(guān)鍵的布線知識。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。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*W ]
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