基于PROTEL的高速PCB設(shè)計(jì)

摘要： 探討使用PROTEL 設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)高速電路印制電路板設(shè)計(jì)的過程中，需要注意的一些布局與布線方面的相關(guān)原則問題，提供一些實(shí)用的、經(jīng)過驗(yàn)證的高速電路布局、布線技術(shù)，提高了高速電路板設(shè)計(jì)的可靠性與有效性。結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期，增強(qiáng)市場競爭能力。

關(guān)鍵詞： 高速電路； 布局； 布線

1 問題的提出

隨著電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜性和集成度的大規(guī)模提高，時(shí)鐘速度和器件上升時(shí)間越來越快，高速電路設(shè)計(jì)成為設(shè)計(jì)過程的重要部分。在高速電路設(shè)計(jì)中， 電路板線路上的電感與電容會使導(dǎo)線等效成為一條傳輸線。端接元件的布局不正確或高速信號的錯(cuò)誤布線都會引起傳輸線效應(yīng)問題， 從而使系統(tǒng)輸出不正確的數(shù)據(jù)、電路工作不正常甚至完全不工作?；趥鬏斁€模型，歸納起來，傳輸線會對電路設(shè)計(jì)帶來信號反射、串?dāng)_、電磁干擾、電源與接地噪聲等不良效應(yīng)。

為了設(shè)計(jì)出能夠可靠性工作的高速PCB 電路板，必須對設(shè)計(jì)進(jìn)行充分細(xì)致的考慮，解決布局布線時(shí)可能產(chǎn)生的一些不可靠的問題， 縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，提高市場競爭力。

2 高頻系統(tǒng)的布局設(shè)計(jì)

在電路的PCB 設(shè)計(jì)中， 布局是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)， 布局結(jié)果的好壞將直接影響布線的效果和系統(tǒng)的可靠性， 這在整個(gè)印制電路板設(shè)計(jì)中最耗時(shí)也最難。高頻PCB 的復(fù)雜環(huán)境使得高頻系統(tǒng)的布局設(shè)計(jì)很難用學(xué)到的理論知識來進(jìn)行， 它要求布板的人必須有豐富的高速PCB 制板經(jīng)驗(yàn)， 這樣才能在設(shè)計(jì)過程中少走彎路， 提高電路工作的可靠性與有效性。在布局的過程中，應(yīng)當(dāng)從機(jī)械結(jié)構(gòu)、散熱、電磁干擾、將來布線的方便性、美觀性等方面綜合考慮。

首先， 在布局之前先對整個(gè)電路進(jìn)行功能劃分，將高頻電路與低頻電路分開、模擬電路與數(shù)字電路分開， 每個(gè)功能電路以芯片為中心盡量靠近布置，其連線越短越好，以避免導(dǎo)線過長所導(dǎo)致的傳輸延遲，提高電容的去耦效果。此外，還要注意管腳與電路元件以及其他管子之間的相對位置和方向，以減少相互之間的影響。所有的高頻元器件應(yīng)遠(yuǎn)離機(jī)殼和其他金屬板以減小寄生耦合。

其次， 布局時(shí)應(yīng)注意元器件之間的熱影響和電磁影響，這些影響對高頻系統(tǒng)尤為嚴(yán)重，應(yīng)采取遠(yuǎn)離或隔離、散熱和屏蔽措施。大功率整流管和調(diào)整管等應(yīng)該裝有散熱器，并要遠(yuǎn)離變壓器。電解電容器之類的怕熱元件應(yīng)該遠(yuǎn)離發(fā)熱元件， 否則電解液會被烤干，造成電阻增大、性能變差，影響電路的穩(wěn)定性。在布局時(shí)應(yīng)該留有足夠的空間來安排防護(hù)結(jié)構(gòu)，并防止引入各種寄生耦合。為防止印刷電路板上線圈之間的電磁耦合， 兩個(gè)線圈應(yīng)呈直角放置，為了減小耦合系數(shù)。還可以采用立板隔離的方法。最好直接用其元件的引線焊接在電路上，引線越短越好，不要用接插件和焊片，因?yàn)橄噜徍钙g存在分布電容和分布電感。晶體振蕩器、RIN、模擬電壓、參考電壓信號走線周圍避免放置高噪聲元器件。

最后，在保證內(nèi)在質(zhì)量和可靠性的同時(shí)，兼顧整體的美觀，進(jìn)行合理的電路板規(guī)劃，元器件應(yīng)平行或垂直板面，并和主要的板邊平行或垂直。元器件在板面上分布應(yīng)盡量均勻，密度一致。這樣，不但美觀而且裝焊容易，易于批量生產(chǎn)。

3 高頻系統(tǒng)的布線

在高頻電路中，連接導(dǎo)線的電阻、電容、電感和互感的分布參數(shù)是不可忽視的， 從抗干擾的角度考慮，合理布線就是要設(shè)法減小電路中的線阻、分布電容、雜散電感，把由此產(chǎn)生的雜散磁場降低到最小的程度，從而使電路的分布電容、漏磁通、電磁互感以及其他由噪聲所引起的干擾得到抑制。

PROTEL 設(shè)計(jì)工具在國內(nèi)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍，然而，不少設(shè)計(jì)者僅僅關(guān)注于“布通率”，對PROTEL設(shè)計(jì)工具為適應(yīng)器件特性的變化所做的改進(jìn)并未用于設(shè)計(jì)中， 這不僅使得設(shè)計(jì)工具資源浪費(fèi)較為嚴(yán)重，更使得很多新的器件的優(yōu)異性能難以發(fā)揮。

下面介紹PROTEL99 SE 工具能提供的一些特殊功能。

（1）高頻電路器件管腳間的引線彎折越少越好，最好采用全直線，需要彎折時(shí)，可用45°折線或圓弧彎折， 這樣可以減少高頻信號對外發(fā)射和相互間的耦合。用PROTEL 布線時(shí)可在“Design”菜單“rules” 中的“Routing Corners” 中選擇45－Degrees或Rounded。也可以用shift＋space 鍵進(jìn)行線形的快速切換。

（2） 高頻電路器件管腳間的引線越短越好。

PROTEL 99 滿足布線最短化的最有效的手段是在自動布線前對個(gè)別重點(diǎn)的高速網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)行布線預(yù)約。在“Design”菜單“rules”中的“Routing Topology”中選擇shortest。

基于PROTEL的高速PCB設(shè)計(jì)(2/3)

文章出處：施鳳鳴 發(fā)布時(shí)間： 2011/12/06 | 997 次閱讀 | 0次推薦 | 0條留言

業(yè)界領(lǐng)先的TEMPO評估服務(wù) 高分段能力，高性能貼片保險(xiǎn)絲 專為OEM設(shè)計(jì)師和工程師而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品 Samtec連接器 完整的信號來源 每天新產(chǎn)品 時(shí)刻新體驗(yàn) 完整的15A開關(guān)模式電源

（3）高頻電路器件管腳間的引線層間交替越少越好。即元件連接過程中所用的過孔越少越好。

一個(gè)過孔可帶來約0．5pF 的分布電容,減少過孔數(shù)能顯著提高速度。