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PCB設計中布線的重要性

time : 2019-07-22 09:03       作者:凡億pcb

PCB設計,在不少人眼中是體力活,然而一直以來,一個方案的前期,我都是親自布局布線,只有到了定型之后的一些修改才交給同事負責,但也會一一跟他們講解為什么要這樣布線。同事設計的PCB板,我也經常點評一番,指出缺失的地方,這樣同事在PCB設計上都有較大的提高。年前同事負責布的一塊步進電機驅動板,性能指標老是達不到文檔提到的性能,雖然能用,大電流丟步,高速上不去,波形差,在深入分析之后發現違背了一些 PCB布線的基本原則,修改之后性能就非常好,這讓我再一次的感受到PCB布線的重要性,尤其是我們經常做大功率電源、傳感器這類對PCB布線要求極為嚴格的。在論壇中,看到很個網友提出的PCB布線問題,我有感于之前步進電機布線引起的問題,把這個PCB布線用常識來理解,通俗易懂、避開電路回路、電磁場傳輸線等高深復雜,越講越講不清的東西,從根本上讓大家明白怎么回事,不被一些專業術語約束,獲得大多網友的認同。PCB布線,就是鋪設通電信號的道路連接各個器件,這好比修道路,連接各個城市通汽車,完全一回事。道路建設要求一去一回兩條線,PCB布線同樣道理,需要形成一個兩條線的回路,對于低頻電路角度上講,是回路,對于高速電磁場來講,是傳輸線,最常見的如差分信號線。比如USB、網線等。對于傳輸線的阻抗特性等,本文不做進一步講解。可以說,差分信號線,是連接器件信號的理想模型。對信號要求越高的,越要靠近差分信號線。雙面PCB板把底部一層作為公共的參考回路當一塊板子器件非常多,若都按差分線布,一是PCB的面積太大,二是要布2N條線,工作量太大,難度也很大,于是人們針對實際需求提出了多層PCB的概念,最典型的就是雙面PCB板。把底部一層作為公共的參考回路,這樣布線只需要布N+1根即可,PCB版面也大大縮小。公共參考回路,也就是大家常說的參考地,針對大部分嵌入式行業來說,信號因為數字化后對信號質量要求不是很高,這樣采用整層的參考地,可以縮小板面,又提高效率,大大節約了時間,深受大家喜歡。實際上縮小板面就是縮短信號線長度,也可以部分抵消因為參考地引起的信號質量下降問題,所以在實際中,這種引入參考地的PCB布線效果,基本接近差分線理想模型。到了今天,我們都習慣于這種方式,似乎PCB布線,就是要有一層參考地,沒有為什么。在雙面板設計中,因為經常有交叉線存在,需要跳線到地層做交叉線交換,這個需要特別指出的是,這個跳線不能太長,若太長,容易分割參考地,尤其是對于一些信號質量要求高的線,底部的參考地不能被分割,。否則信號的回路被完全破壞,參考地失去了意義。所以一般的講,參考地層只適合做信號線的短跳線用,信號線盡量布頂層,或者引入更多層的PCB板。路與路之間靠的太近容易出現影響,比如坐高鐵的時候,感覺的到對面開來火車對自己所坐火車的影響。信號線也一樣,不能靠的太近,若信號線與信號線之間是平行的,一定要保持一定的距離,這個以實驗為準,并且底部要有很好的參考地。低頻小信號下,一般影響不是很大,高頻強信號是需要注意的。對于高頻、大電流方面的PCB布線,比如開關電源等,最忌諱的就是驅動信號被輸出強電流、強電壓干擾。MOS管的驅動信號,很容易受輸出強電流的影響,兩者要保持一定的距離,不要靠的太近。模擬音響時代,運放放大倍數過高,就會出現自激效應,原因同MOS管一樣。PCB布線的載體是PCB板,一般參考地跟PCB板邊離1mm附近,信號線離參考地邊緣1mm附近,這樣把信號都約束在PCB板內,可以降低EMC輻射。當對PCB設計還沒有概念的,就多想想我們日常的道路,兩者完全一致。