高速PCB布板原則課件

高速PCB布板原則隨著系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜性和集成度的大規(guī)模提高，總線的工作頻率己經(jīng)達(dá)到或者超過50MHz，有的甚至超過100MHz。通常認(rèn)為如果數(shù)字邏輯電路的頻率達(dá)到或者超過45MHz~50MHz，而且工作在這個頻率之上的電路己經(jīng)占到了整個電子系統(tǒng)一定的份量（如1/3），就稱為高速電路。目前世界上約有50%的設(shè)計時鐘頻率超過50MHz。將近20%的設(shè)計主頻超過120MHz。當(dāng)系統(tǒng)工作在50MHz時，將產(chǎn)生傳輸線效應(yīng)和信號的完整性問題；而當(dāng)系統(tǒng)時鐘達(dá)到120MHz時，除非使用高速電路設(shè)計，否則基于傳統(tǒng)方法設(shè)計的PCB將無法工作。因此，高速電路設(shè)計技術(shù)已經(jīng)成為PCB板設(shè)計師必須采取的設(shè)計手段。在高速板的布局布線中，要使電子電路獲得最佳性能，元器件的布局及導(dǎo)線的布線是很重要的。為了設(shè)計出質(zhì)量高、造價低的PCB板，應(yīng)遵循以下原則：①設(shè)計好最佳布局②調(diào)整好PCB板的走線和焊盤③處理好印制導(dǎo)線的屏蔽與接地④配置好去耦電容⑤選擇好合適的板材與板厚①設(shè)計好最佳布局1）以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進(jìn)行布局。元器件應(yīng)均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持一致的方向。2）是要盡可能縮短高頻元器件之間的連線。設(shè)法減少高頻元器件的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾，易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。由于某些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時手不易觸及的地方。3）是對于重量超過15g的元器件、應(yīng)當(dāng)用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、發(fā)熱量多的元器件，不宜裝在印制板上，而應(yīng)裝在整機(jī)的機(jī)箱底板上，且應(yīng)考慮散熱問題。熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)。一般電路應(yīng)盡可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀，而且裝焊容易，易于批量生產(chǎn)。②調(diào)整好PCB板的走線和焊盤印制導(dǎo)線的布設(shè)應(yīng)盡可能的短，在高頻回路中更應(yīng)如此；印制導(dǎo)線的拐彎應(yīng)成圓角，而直角或尖角在高頻電路和布線密度高的情況下會影響電氣性能：當(dāng)雙面板布線時，兩面的導(dǎo)線應(yīng)相互垂直、斜交、或彎曲走線，避免相互平行，以減小寄生藕合；作為電路的輸入及輸出用的印制導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行，以免發(fā)生回授，在這些導(dǎo)線之間最好加接地線。保持整塊PCB板上布線密度的大體平衡密度，以控制串?dāng)_，局部過密的布線對避免串?dāng)_顯然是不利的。導(dǎo)線寬度應(yīng)以能滿足電氣性能要求而又便于生產(chǎn)為宜，它的最小值以承受的電流大小而定，但最小不宜小于0.2mm，在高密度、高精度的印制線路中，導(dǎo)線寬度和間距一般可取0.3mm；導(dǎo)線寬度在大電流情況下還要考慮其溫升，保持整塊電路板上功耗的大體平衡。如果板材區(qū)域冷熱差別太大，信號線極易因板材的熱脹冷縮而斷裂。單面板實驗表明，當(dāng)銅箔厚度為50um、導(dǎo)線寬度1~1.5mm、通過電流2A時，溫升很小，不會超過3攝氏度。因此，一般選用1~1.5mm寬度導(dǎo)線就可能滿足設(shè)計要求而不致引起溫升；印制導(dǎo)線的公共地線應(yīng)盡可能地粗，可能的話，使用大于2~3mm的線條，這點在帶有微處理器的電路中尤為重要，因為當(dāng)?shù)鼐€過細(xì)時，由于流過的電流的變化，地電位變動，微處理器定時信號的電平不穩(wěn)，會使噪聲容限劣化；在DIP封裝的IC腳間走線，當(dāng)兩腳間通過2根線時，焊盤直徑可設(shè)為1.3mm、線寬與線距都為0.25mm，當(dāng)兩腳間只通過1根線時，焊盤直徑可設(shè)為1.6mm、線寬與線距都為0.3mm。處理焊盤時，焊盤中心孔要比器件引線直徑稍大一些。焊盤太大易形成虛焊。焊盤外徑D一般不小于(d+1.2)mm，其中d為引線孔徑。對高密度的數(shù)字電路，焊盤最小直徑可取(d+1.0)mm。③處理好印制導(dǎo)線的屏蔽與接地印制導(dǎo)線的公共地線，應(yīng)盡量布置在印制線路板的邊緣部分。在印制線路板上應(yīng)盡可能多地保留銅箔做地線，這樣得到的屏蔽效果，比一長條地線要好，傳輸線特性和屏蔽作用將得到改善，另外起到了減小分布電容的作用。印制導(dǎo)線的公共地線最好形成環(huán)路或網(wǎng)狀，這是因為當(dāng)在同一塊板上有許多集成電路，特別是有耗電多的元件時，由于圖形上的限制產(chǎn)生了接地電位差，從而引起噪聲容限的降低，當(dāng)做成回路時，接地電位差減小。另外，接地和電源的圖形盡可能要與數(shù)據(jù)的流動方向平行，這樣可以較好地抑制噪聲；多層印制線路板可采取其中若干層作屏蔽層，電源層、地線層均可視為屏蔽層，一般地線層和電源層設(shè)計在多層印制線路板的內(nèi)層，信號線設(shè)計在外層。⑤選擇好合適的板材與板厚印制線路板一般用覆箔層壓板制成，常用的是覆銅箔層壓板。板材選用時要從電氣性能、可靠性、加工工藝要求、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面考慮，常用的覆銅箔層壓板有覆銅箔酚醛紙質(zhì)層壓板、覆銅箔環(huán)氧紙質(zhì)層壓板、覆銅箔環(huán)氧玻璃布層壓板、覆銅箔環(huán)氧酚醛玻璃布層壓板、覆銅箔聚四氟乙烯玻璃布層壓板和多層印制線路板用環(huán)氧玻璃布等。由于環(huán)氧樹脂與銅箔有極好的粘合力，因此銅箔的附著強(qiáng)度和工作溫度較高，可以在260℃的熔錫中浸焊而無起泡。環(huán)氧樹脂浸漬的玻璃布層壓板受潮濕的影響較小。超高頻印制線路最優(yōu)良的材料是覆銅箔聚四氟乙烯玻璃布層壓板。在有阻燃要求的電子設(shè)備上，還要使用阻燃性覆銅箔層壓板，其原理是由絕緣紙或玻璃布浸漬了不燃或難燃性的樹脂，使制得的覆銅箔層壓板，除了具有同類覆銅箔層壓板的相擬性能外，還有阻燃性。印制線路板的厚度應(yīng)根據(jù)印制板的功能及所裝元件的重量、印制板插座規(guī)格、印制板的外形尺寸和所承受的機(jī)械負(fù)荷來決定。多層印制板總厚度及各層間厚度的分配應(yīng)根據(jù)電氣和結(jié)構(gòu)性能的需要以及覆箔板的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格來選取，常見的印制線路板厚度有0.5mm、1mm、1.5mm、2mm等。EPA控制器PCB板的設(shè)計與實現(xiàn)Protel99SE是Protel電路設(shè)計軟件系列比較成熟的版本之一，它提供了一系列的電路設(shè)計工具、優(yōu)秀的文件管理系統(tǒng)，以及客戶/服務(wù)器電路設(shè)計系統(tǒng)。因為本系統(tǒng)試驗板上的最高信號頻率為50MHz，所以涉及到了高速板的設(shè)計問題。EPA控制器通信底板PCB圖DI/DO板卡PCB圖在核心板上，電源芯片和Cyclone器件放在板的正面，SDRAM和Flash放到了板的背面；通信底板最終是要固定在鋁盒之中，所以通信底板的背面沒有放置原件。在核心板背面覆地，通信底板的正面和背面均覆地，信號線和數(shù)據(jù)線線寬選擇為0.254mm和0.1778mm，安全線距最小為0.1778mm。DI/DO板卡是連接在通信底板上的拓展板，在通信地板上設(shè)計了與拓展