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PCB设计中如何进行高速信号的布局与走线?
今天给各位分享PCB设计中如何进行高速信号的布局与走线?的知识,其中也会对如何规划好PCB设计布线层数进行解释,如果能碰巧解决你现在面临的问题,别忘了关注本站,现在开始吧!
PCB布局和布线时候一般要考虑哪些规则
对于初画PCB的人来说,当把原理图中封装信息导入到PCB,看到密密麻麻那么多线,纵横交错,感觉就无从下手;所以为了帮助初学者快速入门,现在我就从布局和布线两个方面做一个简单说明!
一布局
1一般布局PCB,我们会遵循“先大后小,先难后易”的布置原则,也就是说我们一般先去布局重要单元电路,以及核心器件,比如MCU最小系统、高频高速模块电路,这些都可以理解为重要单元电路;
2布局中需要参考原理图框图,可以先把原理图中各个单元电路先布局好,到时候整体在进行拼凑,当然拼抽的时候,要考虑电路信号的主提走向;
3布局应尽量满足以下要求:总的连线尽可能短,关键信号线最短;高电压、大电流信号与小电流,低电压的弱信号完全分开;模拟信号与数字信号分开;高频信号与低频信号分开;高频元器件的间隔要充分。
4去耦电容的布局要尽可能靠近IC的电源管脚,并且保证电源与地之间形成的回路最短,当然为了达到去耦最佳效果,电源与地需经过去耦电容两端,然后再连接到IC电源和地两端;
5对于一些需要过静电测试的产品,其器件放置尽量离板边缘距离大于3.5mm;如果板子空间有限,可以在离板边缘大于0.45mm出打过孔到地;
6在完成板子性能的基础下,布局中就需要考虑美观,对于相同结构的电路部分,尽可能采用"对称式“布局,总体布局可以按照”均匀分布,重心平衡,版面美观“的标准;
7对于发热器件,比如MOS管,可以采取加散热片的形式,给予散热;
二布线
1地走线线径>电源走线线径>信号走线线径,对于1盎司铜厚的板子,我们会预计1mm走线宽度能走1A电流
2对于信号线走线,我们一般会优先走模拟小信号、高速信号、高频信号、时钟信号;其次再走数字信号;
3晶振周围尽量禁空,尤其其底部禁止走线;且应远离板上的电源部分,以防止电源和时钟相互干扰;
4避免直角走线、锐角走线,因为直角、锐角走线会使得传输线的线宽产生变化,造成其阻抗的不连续。如果进行直角走线其拐角可以等效为传输线上的容性负载,减缓上升时间,在高速、高频中就变得尤为明显,而且其造成的阻抗不连续,还会增加信号的反射;其直角尖端还为产生EMI;
5对于模拟信号和数字信号应尽量分块布线,不宜交叉或混在一起,对于其模拟地和数字地也应用磁珠或者0R电阻进行隔离;
6地线回路环路保持最小,即信号线与其回路构成的环面积要尽可能小,环面积越小,对外的辐射越少,接收外界的干扰也越小。对于top层和bottom层敷地的时候,需要仔细查看,有些信号地是否被信号线分割,造成地回路过远,此时应该在分割处打过孔,保证其地回路尽可能小;
7为了减少线间串扰,应保证线间距足够大,当线中心间距不少于3倍线宽时,则可保持70%的电场不互相干扰,称为3W规则。如要达到98%的电场不互相干扰,可使用10W的间距;
8信号线的长度避免为所关心频率的四分之一波长的整数倍,否则此信号线会产生谐振,谐振时信号线会产生较强的辐射干扰;
9信号走线禁止走成环形,其环形容易形成环形天线,产生较强的辐射干扰;
10对于天线ANT端走线应尽量短而直,其阻抗也应通过si9000去计算,保证其线阻为50欧姆(一般天线端口走线为50欧姆);
11敷铜时,对其焊盘引脚应采用十字焊盘,不宜采用实心焊盘敷铜,这样在生产时候,器件容易立碑;
PCB的线路怎么看
PCB的线路可以通过以下几种方式进行观察:
1.使用显微镜或放大镜:将PCB放在显微镜或放大镜下,可以更清晰地看到线路的细节和连接情况。
2.使用万用表:通过测量PCB上的电阻、电容、电流等参数,可以判断线路的正常工作状态。
3.使用示波器:将示波器连接到PCB上,可以观察到信号的波形和频率,从而判断线路的正确性。
4.使用逻辑分析仪:将逻辑分析仪连接到PCB上,可以分析电路中的逻辑关系和时序,从而判断线路的正确性。
5.使用软件仿真:使用电路仿真软件对PCB进行仿真,可以预测电路的行为和性能,从而判断线路的正确性。
如何规划好PCB设计布线层数
先看层数规划的要点
1、信号层数的规划;
2、电源、地层数的规划。
一、信号层数规划方法
要规划好信号层的层数,主要是计算好各个主要部分
的布线通道。
那么具体的方法有几点?让我们为了一起来看看,为了Money前进吧!
1、首先评估主要IC部分的出线通道,比如针对有BGA
器件的设计项目,考虑BGA的深度和BGA的PIN间距,去
规划出线层数,一般1.0mm焊盘间距及1.0mm以上间距
的,一般过孔间可以过2根线,0.8mm焊盘间距及以下的一
般BGA过孔间只能过一根线。比如有连接器,需要考虑连
接器的深度,需要考虑其2个管脚间的过线数来评估出线
层数。
2、评估好板子上的高速信号布线通道,一般PCB设计
时,高速信号线宽线距有严格的要求,限制条件较多,要
考虑跨分割、STUB线长度、线间距等内容,计算好高速
信号区域需要的通道数和需要的布线层数。
3、评估瓶颈区域布线通道,在基本布局处理好之后,
对于比较狭窄的瓶颈区域需要重点关注。综合考虑差分
线、敏感信号线、特殊信号拓扑等情况来具体计算瓶颈区
域最多能出多少线,多少层才能让需要的所有线通过这个
区域。
二、电源、地层数的规划
电源的层数主要由电源的种类数目、分布情况、载流
能力、单板的性能指标以及单板的成本决定。电源平面层
数评估一般考虑电源互不交错、相邻层重要信号不跨分
割。
地的层数设置则需要注意以下几点:主要器件面对应
的第二层要有比较完整的地平面;高速、高频、时钟等重
要信号要参考地平面;主要电源和地平面紧耦合,降低电
源平面阻抗等等。
人们经常说:学理走天下呢,你们还得感谢我们为这个国家带来的建设呢!累了就吃吃东西奖励这么努力的自己,还是不能亏待自己滴~
综合考虑了信号层数以及电源、地层数的两点,基本上不会出现有部分线走不通,临时加层,然后大规模修
改,浪费时间成本的情况发生。
proteus如何pcb自动布线
Proteus是一款电子设计自动化软件,可以用于电路仿真和PCB设计。在Proteus中,可以使用自动布线工具来帮助完成PCB的布线。以下是使用Proteus进行PCB自动布线的基本步骤:
1.打开Proteus并进入PCB编辑模式。
2.在PCB编辑模式下,导入你的电路设计或通过绘制组件和连线创建电路。
3.确保所有电路元件都已正确放置在PCB布局中,没有重叠或碰撞。
4.选择"Tools"菜单下的"Auto-Route"选项,以启动自动布线工具。
5.在自动布线对话框中,你可以设置布线的参数和约束,如最小间距、层次、信号优先级等。根据你的需求进行适当的调整和设置。
6.点击"Route"按钮开始执行自动布线。
7.Proteus会根据你所设置的参数,尝试自动连接电路元件之间的连线,并进行布线。这个过程可能需要一段时间,取决于电路的复杂程度和元件之间的连接关系。
8.布线完成后,你可以通过查看PCB布局来评估结果。如果需要,可以对布线结果进行手动调整和修复。
需要注意的是,虽然Proteus的自动布线工具可以帮助减少手动布线的工作量,但布线质量和效果往往取决于电路的复杂性和设计的要求。对于复杂的电路设计,可能需要进行手动布线以达到更好的性能和可靠性。
此外,为了取得最好的布线结果,建议在进行自动布线之前进行良好的电路规划和组件布局,确保电路元件之间的距离、信号路径等因素符合设计要求。
pcb设计中需要注意哪些问题
布线拓朴对信号完整性的影响当信号在高速PCB板上沿传输线传输时可能会产生信号完整性问题。意法半导体的网友tongyang问:对于一组总线(地址,数据,命令)驱动多达4、5个设备(FLASH、SDRAM等)的情况,在PCB布线时,是总线依次到达各设备,如先连到SDRAM,再到FLASH……还是总线呈星型分布,即从某处分离,分别连到各设备。这两种方式在信号完整性上.对此,李宝龙指出,布线拓扑对信号完整性的影响,主要反映在各个节点上信号到达时刻不一致,反射信号同样到达某节点的时刻不一致,所以造成信号质量恶化。一般来讲,星型拓扑结构,可以通过控制同样长的几个分支,使信号传输和反射时延一致,达到比较好的信号质量。在使用拓扑之间,要考虑到信号拓扑节点情况、实际工作原理和布线难度。不同的Buffer,对于信号的反射影响也不一致,所以星型拓扑并不能很好解决上述数据地址总线连接到FLASH和SDRAM的时延,进而无法确保信号的质量;另一方面,高速的信号一般在DSP和SDRAM之间通信,FLASH加载时的速率并不高,所以在高速仿真时只要确保实际高速信号有效工作的节点处的波形,而无需关注FLASH处波形;星型拓扑比较菊花链等拓扑来讲,布线难度较大,尤其大量数据地址信号都采用星型拓扑时。焊盘对高速信号的影响在PCB中,从设计的角度来看一个过孔主要由两部分组成:中间的钻孔和钻孔周围的焊盘。有名为fulonm的工程师请教嘉宾焊盘对高速信号有何影响,对此,李宝龙表示:焊盘对高速信号有影响,其影响类似器件的封装对器件的影响。详细的分析,信号从IC内出来以后,经过邦定线、管脚、封装外壳、焊盘、焊锡到达传输线,这个过程中的所有关节都会影响信号的质量。但实际分析时,很难给出焊盘、焊锡加上管脚的具体参数。所以一般就用IBIS模型中的封装的参数将他们都概括了,当然这样的分析在较低的频率上可以接收,但对于更高频率信号更高精度仿真就不够精确。现在的一个趋势是用IBIS的V-I、V-T曲线描述Buffer特性,用SPICE模型描述封装参数。如何抑制电磁干扰PCB是产生电磁干扰(EMI)的源头,所以PCB设计直接关系到电子产品的电磁兼容性(EMC)。如果在高速PCB设计中对EMC/EMI予以重视,将有助缩短产品研发周期加快产品上市时间。因此,不少工程师在此次论坛中非常关注抑制电磁干扰的问题。例如,无锡祥生医学影像有限责任公司的舒剑表示,在EMC测试中发现时钟信号的谐波超标十分严重,请问是不是要对使用到时钟信号的IC的电源引脚做特殊处理,目前只是在电源引脚上连接去耦电容。在PCB设计中还有需要注意哪些方面以抑止电磁辐射呢?对此,李宝龙指出,EMC的三要素为辐射源,传播途径和受害体。传播途径分为空间辐射传播和电缆传导。所以要抑制谐波,首先看看它传播的途径。电源去耦是解决传导方式传播,此外,必要的匹配和屏蔽也是需要的。李宝龙也在回答WHITE网友的问题时指出,滤波是解决EMC通过传导途径辐射的一个好办法,除此之外,还可以从干扰源和受害体方面入手考虑。干扰源方面,试着用示波器检查一下信号上升沿是否太快,存在反射或Overshoot、undershoot或ringing,如果有,可以考虑匹配;另外尽量避免做50%占空比的信号,因为这种信号没有偶次谐波,高频分量更多。受害体方面,可以考虑包地等措施。RF布线是选择过孔还是打弯布线对此,李宝龙指出,分析RF电路的回流路径,与高速数字电路中信号回流不太一样。二者有共同点,都是分布参数电路,都是应用Maxwell方程计算电路的特性。但射频电路是模拟电路,有电路中电压V=V(t)、电流I=I(t)两个变量都需要进行控制,而数字电路只关注信号电压的变化V=V(t)。因此,在RF布线中,除了考虑信号回流外,还需要考虑布线对电流的影响。即打弯布线和过孔对信号电流有没有影响。此外,大多数RF板都是单面或双面PCB,并没有完整的平面层,回流路径分布在信号周围各个地和电源上,仿真时需要使用3D场提取工具分析,这时候打弯布线和过孔的回流需要具体分析;高速数字电路分析一般只处理有完整平面层的多层PCB,使用2D场提取分析,只考虑在相邻平面的信号回流,过孔只作为一个集总参数的R-L-C处理。
proteus中pcb怎么底层布线
在Proteus中进行PCB底层布线的步骤如下:
1.在Schematic中完成电路图的设计和元件布局。
2.在Schematic中选择Tools->GenerateNetlist,生成Netlist文件。
3.在Proteus的PCB编辑器中,选择File->ImportNetlist,导入Netlist文件。
4.在PCB编辑器中进行元件布局,可以通过拖拽和旋转元件来完成布局。
5.在PCB编辑器中进行连线,可以使用自动布线或手动布线的方式来完成连线。
6.在PCB编辑器中进行底层布线,可以使用手动布线的方式来完成。
7.在完成底层布线后,可以进行反向注释和设计规则检查等操作,确保PCB设计符合要求。
8.最后,将PCB设计导出为Gerber文件,以便进行生产制造。
需要注意的是,在进行底层布线时,应该尽可能地减少信号线的长度和交叉,以避免信号干扰和串扰。同时,还需要注意电源和地线的布线,确保它们的路径尽可能短且宽度足够。
大家在设计pcb的时候采用自动布线
PCB设计软件中,大多有这个自动布线功能,很多人觉得这个功能很神奇!特别是对于新手来说,这个太爽了,他可以自动布局,自动布线。只要导入网表,点一下按扭就在屏幕上看到线条像蛇一样的在穿梭,不用几分钟就布好了。
但我建议你放弃这个自动布局布线,虽然现在都在说人工智能,但到现在来看,没有一家PCB设计软件公司的自动布局,自动布线能完全代替PCB设计师的工作。很多PCB板自动布局,自动布线出来的都是没有用的,都是需要手工再修改,很麻烦,不如手工的好
对于一些简单的PCB板如果你对PCB板性能,美观方面没有要求的,你就用自动布线。布局是绝对不能自动布局的。如下图所示,
这都是简单的单片机电路,这种电路要求不高,没有太多的要求,只要电源,地加粗就可以。你想懒一点,布局先手工布好,布线时可以采用自动布线。布好后,电源,地线稍微注意一下,加粗就可以。
其实像这种简单的板,手工布线也就不用几小时就能布好了。快的1,2小时就布好。而且又美观性能又好,干嘛要去用自动布线,还是你一个“懒”在作崇。
对于复杂的,有特殊要求的PCB板但是对于一些复杂的电路板,而且还有一些特殊要求的,比如阻抗要求,等长要求,串扰线距要求,安规要求,射频要求等等,这些要求虽然也可在软件中设置一下,但机器永远代替不了人,在PCB设计领域,至少是还没有开发出这样的设计软件代替PCB设计工程师。
自动布线布出来的PCB图肯定是不能用,还是要重新修改一下,修改好需要的时间以及性能质量还不如从头开始手工布线。因为自动布局布线出来的很多线都全部删除重布。如下图所示
上图有BGA芯片,有一些数据信号之类的,这些都是有要求的,不是说布通就可以。你即使设置了规则,但机器还是找不到最佳的布线策略。如果你运用自动布线,规则设置了一大堆,规则多了,自动布线的时间就长了。
等了半天,自动布线布出来了,呈现出来不是你想要的,你会看到有更好的布线策略,又要重新改。有些可能会大改动,不如全删掉,再手工重新布,得不偿失。
结论所以我还是建议所有PCB板你都不要采用自动布线,机器永远没有人聪明。想性能好,又美观,大家都采用人工布线。对于高手,没有人采用自动布线,提及自动布线的都差不多是一些新人。
原创:卧龙会上尉Shonway图片来自网络
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