一、PCB Layout中的走线战略
布线（Layout）是PCB规划工程师最基本的作业技能之一。走线的好坏将直接影响到整个体系的功用，大多数高速的规划理论也要终究经过 Layout得以完结并验证，由此可见，布线在高速PCB规划中是至关重要的。下面将针对实践布线中或许遇到的一些状况，剖析其合理性，并给出一些比较优化的走线战略。首要从直角走线，差分走线，蛇形线等三个方面来论述。
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1． 直角走线
直角走线一般是PCB布线中要求尽量防止的状况，也简直成为衡量布线好坏的规范之一，那么直角走线终究会对信号传输发生多大的影响呢？从原理上说，直角走线会使传输线的线宽发生改动，构成阻抗的不接连。其实不光是直角走线，顿角，锐角走线都或许会构成阻抗改动的状况。
直角走线的对信号的影响便是首要表现在三个方面：一是角落能够等效为传输线上的容性负载，减缓上升时刻；二是阻抗不接连会构成信号的反射；三是直角顶级发生的EMI。
许多人对直角走线都有这样的了解，认为顶级简略发射或接纳电磁波，发生EMI，这也成为许多人认为不能直角走线的理由之一。可是许多实践测验的成果 显现，直角走线并不会比直线发生很显着的EMI。或许现在的仪器功用，测验水平约束了测验的准确性，但至少阐明晰一个问题，直角走线的辐射现已小于仪器本 身的测量差错。
总的说来，直角走线并不是幻想中的那么可怕。至少在GHz以下的运用中，其发生的任何比如电容，反射，EMI等效应在TDR测验中简直表现不出来， 高速PCB规划工程师的要点仍是应该放在布局，电源/地规划，走线规划，过孔等其他方面。当然，尽管直角走线带来的影响不是很严重，但并不是说咱们今后都 能够走直角线，留意细节是每个优异工程师必备的基本素质，并且，跟着数字电路的飞速发展，PCB工程师处理的信号频率也会不断进步，到10GHz以上的 RF规划范畴，这些小小的直角都或许成为高速问题的要点对象。
2． 差分走线
差分信号（Differential Signal）在高速电路规划中的运用越来越广泛，电路中最要害的信号往往都要选用差分结构规划，什么另它这么倍受青睐呢？在PCB规划中又如何能确保其杰出的功用呢？带着这两个问题，咱们进行下一部分的评论。
何为差分信号？浅显地说，便是驱动端发送两个等值、反相的信号，接纳端经过比较这两个电压的差值来判别逻辑状况“0”仍是“1”。而承载差分信号的那一对走线就称为差分走线。
差分信号和一般的单端信号走线比较，最显着的优势表现在以下三个方面：
a.抗搅扰才能强，因为两根差分走线之间的耦合很好，当外界存在噪声搅扰时，简直是一同被耦合到两条线上，而接纳端关怀的仅仅两信号的差值，所以外界的共模噪声能够被彻底抵消。
b.能有用按捺EMI，相同的道理，因为两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场能够彼此抵消，耦合的越严密，泄放到外界的电磁能量越少。
c. 时序定位准确，因为差分信号的开关改动是坐落两个信号的交点，而不像一般单端信号依托凹凸两个阈值电压判别，因而受工艺，温度的影响小，能下降时序上的差错，一同也更适合于低起伏信号的电路。现在盛行的LVDS（low voltage differential signaling）便是指这种小振幅差分信号技能。
3． 蛇形线
蛇形线是Layout中常常运用的一类走线办法。其首要意图便是为了调理延时，满意体系时序规划要求。规划者首要要有这样的知道：蛇形线会损坏信号质量，改动传输延时，布线时要尽量防止运用。但实践规划中，为了确保信号有满足的坚持时刻，或许减小同组信号之间的时刻偏移，往往不 得不成心进行绕线。
那么，蛇形线对信号传输有什么影响呢？走线时要留意些什么呢？其间最要害的两个参数便是平行耦合长度（Lp）和耦合距离（S），如图1-8-21所示。很显着，信号在蛇形走线上传输时，彼此平行的线段之间会发生耦合，呈差模办法，S越小，Lp越大，则耦合程度也越大。
二、PCB阻抗操控
跟着 PCB 信号切换速度不断增加，当今的 PCB 规划厂商需求了解和操控 PCB 迹线的阻抗。相应于现代数字电路较短的信号传输时刻和较高的时钟速率，PCB 迹线不再是简略的衔接，而是传输线。
在实践状况中，需求在数字边缘速度高于1ns或模仿频率逾越300Mhz时操控迹线阻抗。PCB 迹线的要害参数之一是其特性阻抗（即波沿信号传输线路传送时电压与电流的比值）。印制电路板上导线的特性阻抗是电路板规划的一个重要目标，特别是在高频电路的PCB规划中，有必要考虑导线的特性阻抗和器材或信号所要求的特性阻抗是否共同，是否匹配。这就涉及到两个概念：阻抗操控与阻抗匹配，本文要点评论阻抗操控和叠层规划的问题。
阻抗操控
阻抗操控（eImpedance Controling），线路板中的导体中会有各种信号的传递，为进步其传输速率而有必要进步其频率，线路本身若因蚀刻，叠层厚度，导线宽度等不同要素，将会构成阻抗值得改动，使其信号失真。故在高速线路板上的导体，其阻抗值应操控在某一规模之内，称为“阻抗操控”。
PCB 迹线的阻抗将由其感应和电容性电感、电阻和电导系数承认。影响PCB走线的阻抗的要素首要有： 铜线的宽度、铜线的厚度、介质的介电常数、介质的厚度、焊盘的厚度、地线的途径、走线周边的走线等。PCB 阻抗的规模是 25 至120 欧姆。
在实践状况下，PCB 传输线路一般由一个导线迹线、一个或多个参阅层和绝缘原料组成。迹线和板层构成了操控阻抗。PCB 将常常选用多层结构，并且操控阻抗也能够选用各种办法来构建。可是，不管运用什么办法，阻抗值都将由其物理结构和绝缘材料的电子特性决议：
· 信号迹线的宽度和厚度
· 迹线两边的内核或预填原料的高度
· 迹线和板层的装备
· 内核和预填原料的绝缘常数
PCB传输线首要有两种办法：微带线（Microstrip）与带状线（Stripline）。
微带线（Microstrip）：
微带线是一根带状导线，指只需一边存在参阅平面的传输线，顶部和侧边都曝置于空气中（也可上敷涂覆层），坐落绝缘常数 Er 线路板的外表之上，以电源或接地层为参阅。如下图所示：
留意：在实践的PCB制作中，板厂一般会在PCB板的外表涂覆一层绿油，因而在实践的阻抗核算中，一般关于外表微带线选用下图所示的模型进行核算：
带状线（Stripline）：
带状线是置于两个参阅平面之间的带状导线，如下图所示，H1和H2代表的电介质的介电常数能够不同。
上述两个比如仅仅微带线和带状线的一个典型示范，详细的微带线和带状线有许多种，如覆膜微带线等，都是跟详细的PCB的叠层结构相关。
用于核算特性阻抗的等式需求杂乱的数学核算，一般运用场求解办法，其间包含鸿沟元素剖析在内，因而运用专门的阻抗核算软件SI9000，咱们所需做的便是操控特性阻抗的参数：
绝缘层的介电常数Er、走线宽度W1、W2（梯形）、走线厚度T和绝缘层厚度H。
关于W1、W2的阐明：
此处的W=W1，W1=W2.
规矩：W1=W-A
W—-规划线宽
A—–Etch loss （见上表）
走线上下宽度不共同的原因是：PCB板制作过程中是从上到下而腐蚀，因而腐蚀出来的线呈梯形。
三、高速DSP体系PCB板的牢靠性规划
针对在高速DSP体系中PCB板牢靠性规划应留意的若干问题。
电源规划
高速DSP体系PCB板规划首要需求考虑的是电源规划问题。在电源规划中，一般选用以下办法来处理信号完好性问题。
考虑电源和地的去耦
跟着DSP作业频率的进步，DSP和其他%&&&&&%元器材趋向小型化、封装密布化，一般电路规划时考虑选用多层板，主张电源和地都能够用专门的一层，且关于多种电源，例如DSP的I/O电源电压和内核电源电压不同，能够用两个不同的电源层，若考虑多层板的加工费用高，能够把接线较多或许相对要害的电源用专门的一层，其他电源能够和信号线相同布线，但要留意线的宽度要满足。
不管电路板是否有专门的地层和电源层，都有必要在电源和地之间加必定的并且散布合理的电容。为了节约空间，削减通孔数，主张多运用贴片电容。可把贴片电容放在PCB板反面即焊接面，贴片电容到通孔用宽线衔接并经过通孔与电源、地层相连。
考虑电源散布的布线规矩
分隔模仿和数字电源层
高速高精度模仿元件对数字信号很灵敏。例如，扩大器会扩大开关噪声，使之挨近脉冲信号，所以在板上模仿和数字部分，电源层一般是要求分隔的。
阻隔灵敏信号
有些灵敏信号（如高频时钟） 对噪声搅扰特别灵敏，对它们要采纳高等级阻隔办法。高频时钟（20MHz以上的时钟，或翻转时刻小于5ns的时钟）有必要有地线护卫，时钟线宽至少10mil，护卫地线线宽至少20mil，高频信号线的维护地线两头有必要由过孔与地层杰出触摸，并且每5cm 打过孔与地层衔接;时钟发送侧有必要串接一个22Ω～220Ω的阻尼电阻。可防止由这些线带来的信号噪声所发生的搅扰。
软、硬件抗搅扰规划
一般高速DSP运用体系PCB板都是由用户根据体系的详细要求而规划的，因为规划才能、实验室条件有限，如不采纳完善、牢靠的抗搅扰办法，一旦遇到作业环境不抱负、有电磁搅扰就会导致DSP程序流程紊乱，当DSP正常作业代码不能康复时，将呈现跑飞程序或死机现象，乃至会损坏某些元器材。应留意采纳相应的抗搅扰办法。
硬件抗搅扰规划
硬件抗搅扰功率高，在体系杂乱度、本钱、体积可容忍的状况下，优先选用硬件抗搅扰规划。常用的硬件抗搅扰技能可概括为以下几种：
（1） 硬件滤波：RC 滤波器能够大大削弱各类高频搅扰信号。如能够按捺“毛刺”搅扰。
（2） 合理接地：合理规划接地体系，关于高速的数字和模仿电路体系来说，具有一个低阻抗、大面积的接地层是很重要的。地层既能够为高频电流供给一个低阻抗的回来通路，并且使EMI、RFI变得更小，一同还对外部搅扰具有屏蔽效果。PCB 规划时把模仿地和数字地分隔。
（3） 屏蔽办法：交流电源、高频电源、强电设备、电弧发生的电火花，会发生电磁波，成为电磁搅扰的噪声源，可用金属壳体把上述器材包围起来，再接地，这对屏蔽经过电磁感应引起的搅扰十分有用。
（4） 光电阻隔：光电阻隔器能够有用地防止不同电路板间的彼此搅扰，高速的光电阻隔器常用于DSP和其他设备（如传感器、开关等） 的接口。
软件抗搅扰规划
软件抗搅扰有硬件抗搅扰所无法替代的优势，在DSP 运用体系中还应充沛发掘软件的抗搅扰才能，然后将搅扰的影响按捺到最小。下面给出几种有用的软件抗搅扰办法。
（1） 数字滤波：模仿输入信号的噪声能够经过数字滤波加以消除。常用的数字滤波技能有：中值滤波、算术平均值滤波等。
（2） 设置圈套：在未用的程序区内设置一段引导程序，当程序受搅扰跳到此区域时，引导程序将强行捕获到的程序引导到指定的地址，在那里用专门程序对犯错程序进行处理。
（3） 指令冗余：在双字节指令和三字节指令后刺进两三个字节的空操作指令NOP，能够防止当DSP体系受搅扰程序跑飞时，将程序主动归入正轨。
（4） 设置看门狗守时：如失控的程序进入“死循环”，一般选用“看门狗”技能使程序脱离“死循环”。其原理是运用一个守时器，它按设定周期发生一个脉冲，假如不想发生此脉冲，DSP就应在小于设定周期的时刻内将守时器清零;但当DSP程序跑飞时，就不会按规矩把守时器清零，所以守时器发生的脉冲作为DSP复位信号，将DSP从头复位和初始化。
电磁兼容性规划
电磁兼容性是指电子设备在杂乱电磁环境中仍能够正常作业的才能。电磁兼容性规划的意图是使电子设备既能按捺各种外来搅扰，又能削减电子设备对其他电子设备的电磁搅扰。在实践的PCB板中相邻信号间或多或少存在着电磁搅扰现象即串扰。串扰的巨细与回路间的散布电容和散布电感有关。处理这种信号间的彼此电磁搅扰可采纳以下办法：
挑选合理的导线宽度
因为瞬变电流在印制线条上发生的冲击搅扰首要是印制导线的电感成分引起的，而其电感量与印制导线长度成正比，与宽度成反比。所以选用短而宽的导线对按捺搅扰是有利的。时钟引线、总线驱动器的信号线常有大的瞬变电流，其印制导线要尽或许短。关于分立元件电路，印制导线宽度在1.5mm左右即可满意要求;关于集成电路，印制导线宽度在0. 2mm～1. 0mm之间挑选。
选用井字形网状布线结构。
详细做法是在PCB印制板的一层横向布线，紧挨着的一层纵向布线。
散热规划
为有利于散热，印制板最好是自立装置，板距离应大于2cm，一同留意元器材在印制板上的布排规矩。在水平方向，大功率器材尽量接近印制板边缘安置，然后缩短传热途径;在笔直方向大功率器材尽量接近印制板上方安置，然后削减其对其他元器材温度的影响。对温度较灵敏的元器材尽量布放在温度比较低的区域，而不能放在发热量大的器材的正上方。
四、印制电路板的地线规划
现在电子器材用于各类电子设备和体系依然以印制电路板为首要装置办法。实践证明，即使电路原理图规划正确，印制电路板规划不妥，也会对电子设备的牢靠性发生晦气影响。例如，假如印制板两条细平行线靠得很近，则会构成信号波形的推迟，在传输线的终端构成反射噪声。因而，在规划印制电路板的时分，应留意选用正确的办法。
在电子设备中，接地是操控搅扰的重要办法。如能将接地和屏蔽正确结合起来运用，可处理大部分搅扰问题。电子设备中地线结构大致有体系地、机壳地（屏蔽地）、数字地（逻辑地）和模仿地等。在地线规划中应留意以下几点：
1、正确挑选单点接地与多点接地
在低频电路中，信号的作业频率小于1MHz，它的布线和器材间的电感影响较小，而接地电路构成的环流对搅扰影响较大，因而应选用一点接地。当信号作业频率大于10MHz时，地线阻抗变得很大，此刻应尽量下降地线阻抗，应选用就近多点接地。当作业频率在1～10MHz时，假如选用一点接地，其地线长度不该逾越波长的1/20，否则应选用多点接地法。
2、将数字电路与模仿电路分隔
电路板上既有高速逻辑电路，又有线性电路，应使它们尽量分隔，而两者的地线不要相混，别离与电源端地线相连。要尽量加大线性电路的接地面积。
3、尽量加粗接地线
若接地线很细，接地电位则随电流的改动而改动，致使电子设备的守时信号电平不稳，抗噪声功用变坏。因而应将接地线尽量加粗，使它能经过三坐落印制电路板的答应电流。如有或许，接地线的宽度应大于3mm。
4、将接地线构成闭环路
规划只由数字电路组成的印制电路板的地线体系时，将接地线做成闭环路能够显着的进步抗噪声才能。其原因在于：印制电路板上有许多%&&&&&%元件，特别遇有耗电多的元件时，因受接地线粗细的约束，会在地结上发生较大的电位差，引起抗噪声才能下降，若将接地结构成环路，则会缩小电位差值，进步电子设备的抗噪声才能。
五、PCB规划永不改动的黄金规律
规律一：挑选正确的网格 – 设置并一直运用能够匹配最多元件的网格距离。尽管多重网格看似功效明显，但工程师若在PCB布局规划初期能够多考虑一些，便能够防止距离设置时遇到难题并可最大极限地运用电路板。因为许多器材都选用多种封装尺度，工程师应运用最利于本身规划的产品。此外，多边形关于电路板敷铜至关重要，多重网格电路板在进行多边形敷铜时一般会发生多边形填充误差，尽管不如根据单个网格那么规范，但却可供给逾越所需的电路板运用寿命。
规律二：坚持途径最短最直接。这一点听起来简略寻常，但应在每个阶段，即使意味着要改动电路板布局以优化布线长度，都应时刻紧记。这一点还特别适用于体系功用总是部分受限于阻抗及寄生效应的模仿及高速数字电路。
规律三：尽或许运用电源层办理电源线和地线的散布。电源层敷铜对大多数PCB规划软件来说是较快也较简略的一种挑选。经过将很多导线进行共用衔接，可确保供给最高功率且具最小阻抗或压降的电流，一同供给足够的接地回流途径。或许的话，还可在电路板同一区域内运转多条供电线路，承认接地层是否覆盖了PCB某一层的大部分层面，这样有利于相邻层上运转线路之间的彼此效果。
规律四： 将相关元件与所需的测验点一同进行分组。例如：将OpAmp运算扩大器所需的分立元件放置在离器材较近的部位以便旁路电容及电阻能够与其同地协作，然后协助优化规律二中提及的布线长度，一同还使测验及毛病检测变得愈加简洁。
规律五：将所需的电路板在另一个更大的电路板上重复仿制屡次进行PCB拼版。挑选最适合制作商所运用设备的尺度有利于下降原型规划及制形本钱。首要在面板上进行电路板布局，联络电路板制作商获取他们每个面板的首选尺度规范，然后修正你的规划规范，并极力在这些面板尺度内屡次重复进行你的规划。
规律六：整合元件值。作为规划师，你会挑选一些元件值或高或低，但效能相同的分立元件。经过在较小的规范值规模内进行整合，可简化物料清单，并或许下降本钱。假如你具有根据首选器材值的一系列PCB产品，那么从更久远视点来说，也更利于你做出正确的库存办理决策。
规律七： 尽或许多地履行规划规矩查看（DRC）。尽管在PCB软件上运转DRC功用只需花费很短时刻，但在更杂乱的规划环境中，只需你在规划过程中一直履行查看便可节约很多时刻，这是一个值得坚持的好习惯。每个布线决议都很要害，经过履行DRC可随时提示你那些最重要的布线。
规律八：灵敏运用丝网印刷。丝网印刷可用于标明各种有用信息，以便电路板制作者、服务或测验工程师、装置人员或设备调试人员将来运用。不只标明明晰的功用和测验点标签，还要尽或许标明元件和衔接器的方向，即使是将这些注释印刷在电路板运用的元件下外表（在电路板拼装后）。在电路板上下外表充沛运用丝网印刷技能能够削减重复作业并精简出产过程。
规律九：必选去耦电容。不要企图经过防止解耦电源线并根据元件数据表中的极限值优化你的规划。电容器价格低廉且坚固耐用，你能够尽或许多地花时刻将%&&&&&%器装置好，一同遵从规律六，运用规范值规模以坚持库存规整。
规律十：生成PCB制作参数并在报送出产之前核实。尽管大多数电路板制作商很愿意直接下载并帮你核实，但你自己最好仍是先输出Gerber文件，并用免费阅览器查看是否和料想的相同，以防止构成误解。经过亲身核实，你乃至还会发现一些疏忽大意的过错，并因而防止依照过错的参数完结出产构成丢失。
附：
