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超强PCB布线设计经验谈附原理图(一）在当今激烈竞争的电池供电市场中由于成本指标限制设计人员常常使用双面板。尽管多层板(4层、6层及8层)方案在尺寸、噪声和性能方面具有明显优势成本压力却促使工程师们重新考虑其布线策略采用双面板。在本文中我们将讨论自动布线功能的正确使用和错误使用有无地平面时电流回路的设计策略以及对双面板元件布局的建议。自动布线的优缺点以及模拟电路布线的注意事项设计PCB时往往很想使用自动布线。通常纯数字的电路板(尤其信号电平比较低电路密度比较小时)采用自动布线是没有问题的。但是在设计模拟、混合信号或高速电路板时如果采用布线软件的自动布线工具可能会出现一些问题甚至很可能带来严重的电路性能问题。例如图1中显示了一个采用自动布线设计的双面板的顶层。此双面板的底层如图2所示这些布线层的电路原理图如图3a和图3b所示。设计此混合信号电路板时经仔细考虑将器件手工放在板上以便将数字和模拟器件分开放置。采用这种布线方案时有几个方面需要注意但最麻烦的是接地。如果在顶层布地线则顶层的器件都通过走线接地。器件还在底层接地顶层和底层的地线通过电路板最右侧的过孔连接。当检查这种布线策略时首先发现的弊端是存在多个地环路。另外还会发现底层的地线返回路径被水平信号线隔断了。这种接地方案的可取之处是模拟器件(12位A/D转换器MCP3202和2.5V参考电压源MCP4125)放在电路板的最右侧这种布局确保了这些模拟芯片下面不会有数字地信号经过。图3a和图3b所示电路的手工布线如图4、图5所示。在手工布线时为确保正确实现电路需要遵循一些通用的设计准则：尽量采用地平面作为电流回路；将模拟地平面和数字地平面分开；如果地平面被信号走线隔断为降低对地电流回路的干扰应使信号走线与地平面垂直；模拟电路尽量靠近电路板边缘放置数字电路尽量靠近电源连接端放置这样做可以降低由数字开关引起的di/dt效应。这两种双面板都在底层布有地平面这种做法是为了方便工程师解决问题使其可快速明了电路板的布线。厂商的演示板和评估板通常采用这种布线策略。但是更为普遍的做法是将地平面布在电路板顶层以降低电磁干扰。图1采用自动布线为图3所示电路原理图设计的电路板的顶层图2采用自动布线为图3所示电路原理图设计的电路板的底层图3a图1、图2、图4和图5中布线的电路原理图图3b图1、图2、图4和图5中布线的模拟部分电路原理图有无地平面时的电流回路设计对于电流回路需要注意如下基本事项：1.如果使用走线应将其尽量加粗PCB上的接地连接如要考虑走线时设计应将走线尽量加粗。这是一个好的经验法则但要知道接地线的最小宽度是从此点到末端的有效宽度此处“末端”指距离电源连接端最远的点。2.应避免地环路3.如果不能采用地平面应采用星形连接策略(见图6)通过这种方法地电流独立返回电源连接端。图6中注意到并非所有器件都有自己的回路U1和U2是共用回路的。如遵循以下第4条和第5条准则是可以这样做的。4.数字电流不应流经模拟器件数字器件开关时回路中的数字电流相当大但只是瞬时的这种现象是由地线的有效感抗和阻抗引起的。对于地平面或接地走线的感抗部分计算公式为V=Ldi/dt其中V是产生的电压L是地平面或接地走线的感抗di是数字器件的电流变化dt是持续时间。对地线阻抗部分的影响其计算公式为V=RI其中V是产生的电压R是地平面或接地走线的阻抗I是由数字器件引起的电流变化。经过模拟器件的地平面或接地走线上的这些电压变化将改变信号链中信号和地之间的关系(即信号的对地电压)。5.高速电流不应流经低速器件与上述类似高速电路的地返回信号也会造成地平面的电压发生变化。此干扰的计算公式和上述相同对于地平面或接地走线的感抗V=Ldi/dt；对于地平面或接地走线的阻抗V=RI。与数字电流一样高速电路的地平面或接地走线经过模拟器件时地线上的电压变化会改变信号链中信号和地之间的关系。图4采用手工走线为图3所示电路原理图设计的电路板的顶层图5采用手工走线为图3所示电路原理图设计的电路板的底层图6如果不能采用地平面可以采用“星形”布线策略来处理电流回路图7分隔开的地平面有时比连续的地平面有效图b)接地布线策略比图a)的接地策略理想6.不管使用何种技术接地回路必须设计为最小阻抗和容抗7.如使用地平面分隔开地平面可能改善或降低电路性能因此要谨慎使用分开模拟和数字地平面的有效方法如图7所示图7中精密模拟电路更靠近接插件但是与数字网络和电源电路的开关电流隔离开了。这是分隔开接地回路的非常有效的方法我们在前面讨论的图4和图5的布线也采用了这种技术。PCB设计的经验（一）一般PCB基本设计流程如下:前期准备->PCB结构设计->PCB布局->布线->布线优化和丝印->网络和DRC检查和结构检查->制