超強PCB布線(xiàn)設計經(jīng)驗

超強PCB布線(xiàn)設計經(jīng)驗談附原理圖(二）

工程領(lǐng)域中的數字設計人員和數字電路板設計專(zhuān)家在不斷增加，這反映了行業(yè)的發(fā)展趨勢。盡管對數字設計的重視帶來(lái)了電子產(chǎn)品的重大發(fā)展，但仍然存在，而且還會(huì )一直存在一部分與模擬或現實(shí)環(huán)境接口的電路設計。模擬和數字領(lǐng)域的布線(xiàn)策略有一些類(lèi)似之處，但要獲得更好的結果時(shí)，由于其布線(xiàn)策略不同，簡(jiǎn)單電路布線(xiàn)設計就不再是最優(yōu)方案了。本文就旁路電容、電源、地線(xiàn)設計、電壓誤差和由PCB布線(xiàn)引起的電磁干擾(EMI)等幾個(gè)方面，討論模擬和數字布線(xiàn)的基本相似之處及差別。

模擬和數字布線(xiàn)策略的相似之處

旁路或去耦電容

在布線(xiàn)時(shí)，模擬器件和數字器件都需要這些類(lèi)型的電容，都需要靠近其電源引腳連接一個(gè)電容，此電容值通常為0.1mF。系統供電電源側需要另一類(lèi)電容，通常此電容值大約為10mF。

這些電容的位置如圖1所示。電容取值范圍為推薦值的1/10至10倍之間。但引腳須較短，且要盡量靠近器件(對于0.1mF電容)或供電電源(對于10mF電容)。

在電路板上加旁路或去耦電容，以及這些電容在板上的位置，對于數字和模擬設計來(lái)說(shuō)都屬于常識。但有趣的是，其原因卻有所不同。在模擬布線(xiàn)設計中，旁路電容通常用于旁路電源上的高頻信號，如果不加旁路電容，這些高頻信號可能通過(guò)電源引腳進(jìn)入敏感的模擬芯片。一般來(lái)說(shuō)，這些高頻信號的頻率超出模擬器件抑制高頻信號的能力。如果在模擬電路中不使用旁路電容的話(huà)，就可能在信號路徑上引入噪聲，更嚴重的情況甚至會(huì )引起振動(dòng)。

圖1在模擬和數字PCB設計中，旁路或去耦電容(1mF)應盡量靠近器件放置。供電電源去耦電容(10mF)應放置在電路板的電源線(xiàn)入口處。所有情況下，這些電容的引腳都應較短

圖2在此電路板上，使用不同的路線(xiàn)來(lái)布電源線(xiàn)和地線(xiàn)，由于這種不恰當的配合，電路板的電子元器件和線(xiàn)路受電磁干擾的可能性比較大

圖3在此單面板中，到電路板上器件的電源線(xiàn)和地線(xiàn)彼此靠近。此電路板中電源線(xiàn)和地線(xiàn)的配合比圖2中恰當。電路板中電子元器件和線(xiàn)路受電磁干擾(EMI)的可能性降低了679/12.8倍或約54倍

對于控制器和處理器這樣的數字器件，同樣需要去耦電容，但原因不同。這些電容的一個(gè)功能是用作“微型”電荷庫。在數字電路中，執行門(mén)狀態(tài)的切換通常需要很大的電流。由于開(kāi)關(guān)時(shí)芯片上產(chǎn)生開(kāi)關(guān)瞬態(tài)電流并流經(jīng)電路板，有額外的“備用”電荷是有利的。如果執行開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)沒(méi)有足夠的電荷，會(huì )造成電源電壓發(fā)生很大變化。電壓變化太大，會(huì )導致數字信號電平進(jìn)入不確定狀態(tài)，并很可能引起數字器件中的狀態(tài)機錯誤運行。流經(jīng)電路板走線(xiàn)的開(kāi)關(guān)電流將引起電壓發(fā)生變化，電路板走線(xiàn)存在寄生電感，可采用如下公式計算電壓的變化：V=LdI/dt

其中，V=電壓的變化；L=電路板走線(xiàn)感抗；dI=流經(jīng)走線(xiàn)的電流變化；dt=電流變化的時(shí)間。

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