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PCB工程师需要注意的地方[转帖] [复制链接]

fenghaili (离线)
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发表于 2009-6-25 19:24:59 |显示全部楼层
关键词: PCB , 工程师 , 转帖
较多的PCB工程师,他们经常画电脑主板,对Allegro等优秀的工
具非常的熟练,但是,非常可惜的是,他们居然很少知道如何进行阻抗
控制,如何使用工具进行信号完整性分析.如何使用IBIS 模型我觉得
真正的PCB 高手应该还是信号完整性专家,而不仅仅停留在连连线,
过过孔的基础上对布通一块板子容易,布好一块好难。
小资料
对于电源、地的层数以及信号层数确定后,它们之间的相对排布
位置是每一个PCB 工程师都不能回避的话题;
单板层的排布一般原则:
元件面下面(第二层)为地平面,提供器件屏蔽层以及为顶层布
线提供参考平面;
所有信号层尽可能与地平面相邻;
尽量避免两信号层直接相邻;s
主电源尽可能与其对应地相邻;
兼顾层压结构对称。
对于母板的层排布,现有母板很难控制平行长距离布线,对于板
级工作频率在50MHZ 以上的(50MHZ 以下的情况可参照,适当放宽),
建议排布原则:
元件面、焊接面为完整的地平面(屏蔽);
无相邻平行布线层;
所有信号层尽可能与地平面相邻;
关键信号与地层相邻,不跨分割区。
注:具体PCB 的层的设置时,要对以上原则进行灵活掌握,在领
会以上原则的基础上,根据实际单板的需求,如:是否需要一关键布
线层、电源、地平面的分割情况等,确定层的排布,切忌生搬硬套,
或抠住一点不放。
以下为单板层的排布的具体探讨:
* 四层板,优选方案1,可用方案3
方案电源层数地层数信号层数 1 2 3 4
1 1 1 2     S G P S
2 1 2 2     G S S P
3 1 1 2     S P G S

方案1 此方案四层PCB 的主选层设置方案,在元件面下有一地平
面,关键信号优选布TOP 层;至于层厚设置,有以下建议:
满足阻抗控制芯板(GND 到POWER)不宜过厚,以降低电源、地
平面的分布阻抗;保证电源平面的去藕效果;为了达到一定的屏蔽效
果,有人试图把电源、地平面放在TOP、BOTTOM 层,即采用方案2:
此方案为了达到想要的屏蔽效果,至少存在以下缺陷:
电源、地相距过远,电源平面阻抗较大
电源、地平面由于元件焊盘等影响,极不完整
由于参考面不完整,信号阻抗不连续
实际上,由于大量采用表贴器件,对于器件越来越密的情况下,
本方案的电源、地几乎无法作为完整的参考平面,预期的屏蔽效果很
难实现;方案2 使用范围有限。但在个别单板中,方案2 不失为最佳
层设置方案。
以下为方案2 使用案例;
案例(特例):设计过程中,出现了以下情况:
A 、整板无电源平面,只有GND、PGND 各占一个平面;
B 、整板走线简单,但作为接口滤波板,布线的辐射必须关
注;
C 、该板贴片元件较少,多数为插件。
分析:
1、由于该板无电源平面,电源平面阻抗问题也就不存
在了;
2、由于贴片元件少(单面布局),若表层做平面层,
内层走线,参考平面的完整性基本得到保证,而且第二层可铺铜保证
少量顶层走线的参考平面;
3、作为接口滤波板,PCB 布线的辐射必须关注,若内
层走线,表层为GND、PGND,走线得到很好的屏蔽,传输线的辐射得
到控制;
鉴于以上原因,在本板的层的排布时,决定采用方案2,即:GND、
S1、S2、PGND,由于表层仍有少量短走线,而底层则为完整的地平面,
我们在S1 布线层铺铜,保证了表层走线的参考平面;五块接口滤波
板中,出于以上同样的分析,设计人员决定采用方案2,同样不失为
层的设置经典。
列举以上特例,就是要告诉大家,要领会层的排布原则,而非机
械照搬。
方案 3:此方案同方案1 类似,适用于主要器件在BOTTOM 布局
或关键信号底层布线的情况;一般情况下,限制使用此方案;
* 六层板:优选方案3,可用方案1,备用方案2、4 对于六层板,
优先考虑方案3,优选布线层S2,其次S3、S1。主电源及其对应的
地布在4、5 层,层厚设置时,增大S2-P 之间的间距,缩小P-G2 之
间的间距(相应缩小G1-S2 层之间的间距),以减小电源平面的阻抗,
减少电源对S2 的影响;
在成本要求较高的时候,可采用方案1,优选布线层S1、S2,其
次S3、S4,与方案1 相比,方案2 保证了电源、地平面相邻,减少
电源阻抗,但S1、S2、S3、S4 全部裸露在外,只有S2 才有较好的参
考平面;
对于局部、少量信号要求较高的场合,方案4 比方案3 更适合,
它能提供极佳的布线层S2。
* 八层板:优选方案2、3、可用方案1
对于单电源的情况下,方案2 比方案1 减少了相邻布线层,增加
了主电源与对应地相邻,保证了所有信号层与地平面相邻,代价是:
牺牲一布线层;对于双电源的情况,推荐采用方案3,方案3 兼顾了
无相邻布线层、层压结构对称、主电源与地相邻等优点,但S4 应减
少关键布线;方案4:无相邻布线层、层压结构对称,但电源平面阻
抗较高;应适当加大3-4、5-6,缩小2-3、6-7 之间层间距;
方案 5:与方案4 相比,保证了电源、地平面相邻;但S2、S3
相邻,S4 以P2 作参考平面;对于底层关键布线较少以及S2、S3 之
间的线
间窜扰能控制的情况下此方案可以考虑;
* 十层板:推荐方案2、3、可用方案1、4
方案 3:扩大3-4 与7-8 各自间距,缩小5-6 间距,主电源及其
对应地应置于6、7 层;优选布线层S2、S3、S4,其次S1、S5;本方
案适合信号布线要求相差不大的场合,兼顾了性能、成本;推荐大家
使用;但需注意避免S2、S3 之间平行、长距离布线;
方案 4:EMC 效果极佳,但与方案3 比,牺牲一布线层;在成本
要求不高、EMC 指标要求较高、且必须双电源层的关键单板,建议采
用此种方案;优选布线层S2、S3,对于单电源层的情况,首先考虑方
案2,其次考虑方案1。方案1 具有明显的成本优势,但相邻布线过
多,平行长线难以控制;
* 十二层板:推荐方案2、3,可用方案1、4、备用方案5
以上方案中,方案2、4 具有极好的EMC 性能,方案1、3 具有较
佳的性价比;
对于 14 层及以上层数的单板,由于其组合情况的多样性,这里
不再一一列举。大家可按照以上排布原则,根据实际情况具体分析。
以上层排布作为一般原则,仅供参考,具体设计过程中大家可根
据需要的电源层数、布线层数、特殊布线要求信号的数量、比例以及
电源、地的分割情况,结合以上排布原则灵活掌握
6 层板以后的各个方案在哪?
6 层和8 层来了
* 六层板,优选方案3,可用方案1,备用方案2、4
方案电源 地 信号 1 2 3 4 5 6
1 1 1 4 S1 G S2 S3 P S4
2 1 1 4 S1 S2 G P S3 S4
3 1 2 3 S1 G1 S2 G2 P S3
4 1 2 3 S1 G1 S2 G2 P S3
* 八层板:优选方案2、3、可用方案1
方案电源 地 信号 1 2 3 4 5 6 7 8
1 1 2 5 S1 G1 S2 S3 P S4 G2 S5
2 1 3 4 S1 G1 S2 G2 P S3 G3 S4
3 2 2 4 S1 G1 S2 P1 G2 S3 P2 S4
4 2 2 4 S1 G1 S2 P1 P2 S3 G3 S4
5 2 2 4 S1 G1 P1 S2 S3 G2 P2 S4
EMC 问题
在布板的时候还应该注意EMC 的抑制哦!!这很不好把握,分布
电容随时存在!!
如何接地!
PCB 设计原本就要考虑很多的因素,不同的环境需要考虑不同的
因素.另外,我不是PCB 工程师,经验并不丰富))
地的分割与汇接
接地是抑制电磁干扰、提高电子设备EMC 性能的重要手段之一。
正确的接地既能提高产品抑制电磁干扰的能力,又能减少产品对外的
EMI 发射。
接地的含义
电子设备的“地”通常有两种含义:一种是“大地”(安全地),
另一种是“系统基准地”(信号地)。接地就是指在系统与某个电位基
准面之间建立低阻的导电通路。“接大地”就是以地球的电位为基准,
并以大地作为零电位,把电子设备的金属外壳、电路基准点与大地相
连接。
把接地平面与大地连接,往往是出于以下考虑:
A 、提高设备电路系统工作的稳定性;
B 、静电泄放;
C 、为*作人员提供安全保障。
接地的目的
A 、安全考虑,即保护接地;
B 、为信号电压提供一个稳定的零电位参考点(信号地或系统地);
C 、屏蔽接地。
基本的接地方式
电子设备中有三种基本的接地方式:单点接地、多点接地、浮
地。
单点接地
单点接地是整个系统中,只有一个物理点被定义为接地参考点,
其他各个需要接地的点都连接到这一点上。
单点接地适用于频率较低的电路中(1MHZ 以下)。若系统的工作
频率很高,以致工作波长与系统接地引线的长度可比拟时,单点接地
方式就有问题了。当地线的长度接近于1/4 波长时,它就象一根终端
短路的传输线,地线的电流、电压呈驻波分布,地线变成了辐射天线,
而不能起到“地”的作用。
为了减少接地阻抗,避免辐射,地线的长度应小于1/20 波长。
在电源电路的处理上,一般可以考虑单点接地。对于大量采用的数字
电路的PCB,由于其含有丰富的高次谐波,一般不建议采用单点接地
方式。
多点接地
多点接地是指设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平
面上,以使接地引线的长度最短。
多点接地电路结构简单,接地线上可能出现的高频驻波现象显著
减少,适用于工作频率较高的(>10MHZ)场合。但多点接地可能会导
致设备内部形成许多接地环路,从而降低设备对外界电磁场的抵御能
力。在多点接地的情况下,要注意地环路问题,尤其是不同的模块、
设备之间组网时。地线回路导致的电磁干扰:
理想地线应是一个零电位、零阻抗的物理实体。但实际的地线本
身既有电阻分量又有电抗分量,当有电流通过该地线时,就要产生电
压降。地线会与其他连线(信号、电源线等)构成回路,当时变电磁
场耦合到该回路时,就在地回路中产生感应电动势,并由地回路耦合
到负载,构成潜在的EMI 威胁。
浮地
浮地是指设备地线系统在电气上与大地绝缘的一种接地方式。
由于浮地自身的一些弱点,不太适合一般的大系统中,其接地方
式很少采用
关于接地方式的一般选取原则:
对于给定的设备或系统,在所关心的最高频率(对应波长为)入
上,当传输线的长度L〉入,则视为高频电路,反之,则视为低频电
路。根据经验法则,对于低于1MHZ 的电路,采用单点接地较好;对
于高于10MHZ,则采用多点接地为佳。对于介于两者之间的频率而言,
只要最长传输线的长度L 小于/20 入,则可采用单点接地以避免公
共阻抗耦合。
对于接地的一般选取原则如下:
(1)低频电路(<1MHZ),建议采用单点接地;
(2)高频电路(>10MHZ),建议采用多点接地;
(3)高低频混合电路,混合接地
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qupeng2008 (离线)
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38071
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1910
发表于 2009-6-26 01:06:50 |显示全部楼层
LZ的帖子不错,不过很多东西要看公司实际生产取舍
dw4736 (离线)
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9
帖子
5
发表于 2009-6-30 00:14:49 |显示全部楼层
不错,,,,down来看看
weiiew_00 (离线)
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3883
帖子
58
发表于 2010-6-2 21:40:41 |显示全部楼层
哎 大公司分工过细 simulation的不layout, layout的不simulation,整天一屁股活干,业余时间又懒,想学好 基本很难!
westlife_0829 (离线)
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637
帖子
74
发表于 2010-6-24 23:18:43 |显示全部楼层
哎 大公司分工过细 simulation的不layout, layout的不simulation,整天一屁股活干,业余时间又懒,想学好 基本很难!
Leisure (离线)
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25192
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1526
发表于 2010-6-27 20:58:25 |显示全部楼层
哈哈 ~~
我不是广场上算卦的,唠不出那么多你爱听的嗑!就算是believe,中间也藏着一个lie。
pcbkey (离线)
积分
1662
帖子
1485
发表于 2015-2-4 17:50:53 |显示全部楼层
支持一下
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