PCB布局布線經(jīng)驗(yàn)匯編

1、.PCB布局在設(shè)計中，布局是一個重要的環(huán)節(jié)。布局結(jié)果的好壞將直接影響布線的效果，因此可以這樣認(rèn)為，合理的布局是PCB設(shè)計成功的第一步。布局的方式分兩種，一種是交互式布局，另一種是自動布局，一般是在自動布局的基礎(chǔ)上用交互式布局進(jìn)行調(diào)整，在布局時還可根據(jù)走線的情況對門電路進(jìn)行再分配，將兩個門電路進(jìn)行交換，使其成為便于布線的最佳布局。在布局完成后，還可對設(shè)計文件及有關(guān)信息進(jìn)行返回標(biāo)注于原理圖，使得PCB板中的有關(guān)信息與原理圖相一致，以便在今后的建檔、更改設(shè)計能同步起來, 同時對模擬的有關(guān)信息進(jìn)行更新，使得能對電路的電氣性能及功能進(jìn)行板級驗(yàn)證?？紤]整體美觀一個產(chǎn)品的成功與否，一是要注重內(nèi)在質(zhì)量，二是兼

2、顧整體的美觀，兩者都較完美才能認(rèn)為該產(chǎn)品是成功的。在一個PCB板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能頭重腳輕或一頭沉。布局的檢查印制板尺寸是否與加工圖紙尺寸相符？能否符合PCB制造工藝要求？有無定位標(biāo)記？元件在二維、三維空間上有無沖突？元件布局是否疏密有序，排列整齊？是否全部布完？需經(jīng)常更換的元件能否方便的更換？插件板插入設(shè)備是否方便？ 熱敏元件與發(fā)熱元件之間是否有適當(dāng)?shù)木嚯x？調(diào)整可調(diào)元件是否方便？在需要散熱的地方，裝了散熱器沒有？空氣流是否通暢？信號流程是否順暢且互連最短？插頭、插座等與機(jī)械設(shè)計是否矛盾？PCB布線經(jīng)驗(yàn)(一）這是個牽涉面大的問題。拋開其它因素，僅就PCB設(shè)計環(huán)節(jié)來說，我有

3、以下幾點(diǎn)體會，供大家參考：1.要有合理的走向：如輸入/輸出，交流/直流，強(qiáng)/弱信號，高頻/低頻，高壓/低壓等.，它們的走向應(yīng)該是呈線形的(或分離)，不得相互交融。其目的是防止相互干擾。最好的走向是按直線，但一般不易實(shí)現(xiàn)，最不利的走向是環(huán)形。對于是直流，小信號，低電壓PCB設(shè)計的要求可以低些。所以“合理”是相對的。上下層之間走線的方向基本垂直。整個板子的不想要均勻，能不擠的不要擠在一齊。2.選擇好接地點(diǎn)：小小的接地點(diǎn)不知有多少工程技術(shù)人員對它做過多少論述，足見其重要性。一般情況下要求共點(diǎn)地，如：前向放大器的多條地線應(yīng)匯合后再與干線地相連等等.?，F(xiàn)實(shí)中，因受各種限制很難完全辦到，但應(yīng)盡力遵循。這個

4、問題在實(shí)際中是相當(dāng)靈活的。每個人都有自己的一套解決方案。如能針對具體的電路板來解釋就容易理解。3.合理布置電源濾波/退耦電容：一般在原理圖中僅畫出若干電源濾波/退耦電容，但未指出它們各自應(yīng)接于何處。其實(shí)這些電容是為開關(guān)器件(門電路)或其它需要濾波/退耦的件而設(shè)置的，布置這些電容就應(yīng)盡量靠近這些元部件，離得太遠(yuǎn)就沒有作用了。有趣的是，當(dāng)電源濾波/退耦電容布置的合理時，接地點(diǎn)的問題就顯得不那么明顯。在貼片器件的退耦電容最好在布在板子另一面的器件肚子位置，電源和地要先過電容，再進(jìn)芯片。4.線條有講究：有條件做寬的線決不做細(xì)；高壓及高頻線應(yīng)園滑，不得有尖銳的倒角，拐彎也不得采用直角。地線應(yīng)盡量寬，最好

5、使用大面積敷銅，這對接地點(diǎn)問題有相當(dāng)大的改善。 5.有些問題雖然發(fā)生在后期制作中，但卻是PCB設(shè)計中帶來的，它們是：過線孔太多，沉銅工藝稍有不慎就會埋下隱患。所以，設(shè)計中應(yīng)盡量減少過線孔。同向并行的線條密度太大，焊接時很容易連成一片。所以，線密度應(yīng)視焊接工藝的水平來確定。焊點(diǎn)的距離太小，不利于人工焊接，只能以降低工效來解決焊接質(zhì)量。否則將留下隱患。所以，焊點(diǎn)的最小距離的確定應(yīng)綜合考慮焊接人員的素質(zhì)和工效。焊盤或過線孔尺寸太小，或焊盤尺寸與鉆孔尺寸配合不當(dāng)。前者對人工鉆孔不利，后者對數(shù)控鉆孔不利。容易將焊盤鉆成“c”形，重則鉆掉焊盤。導(dǎo)線太細(xì)，而大面積的未布線區(qū)又沒有設(shè)置敷銅，容易造成腐蝕不均勻

6、。即當(dāng)未布線區(qū)腐蝕完后，細(xì)導(dǎo)線很有可能腐蝕過頭，或似斷非斷，或完全斷。所以，設(shè)置敷銅的作用不僅僅是增大地線面積和抗干擾。 以上諸多因素都會對電路板的質(zhì)量和將來產(chǎn)品的可靠性大打折扣。 PCB布線經(jīng)驗(yàn)(二） PCB設(shè)計中，布線是完成產(chǎn)品設(shè)計的重要步驟，可以說前面的準(zhǔn)備工作都是為它而做的， 在整個PCB中，以布線的設(shè)計過程限定最高，技巧最細(xì)、工作量最大。PCB布線有單面布線、 雙面布線及多層布線。布線的方式也有兩種：自動布線及交互式布線，在自動布線之前， 可以用交互式預(yù)先對要求比較嚴(yán)格的線進(jìn)行布線，輸入端與輸出端的邊線應(yīng)避免相鄰平行， 以免產(chǎn)生反射干擾。必要時應(yīng)加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，

7、平行容易產(chǎn)生寄生耦合。自動布線的布通率，依賴于良好的布局，布線規(guī)則可以預(yù)先設(shè)定， 包括走線的彎曲次數(shù)、導(dǎo)通孔的數(shù)目、步進(jìn)的數(shù)目等。一般先進(jìn)行探索式布經(jīng)線，快速地把短線連通， 然后進(jìn)行迷宮式布線，先把要布的連線進(jìn)行全局的布線路徑優(yōu)化，它可以根據(jù)需要斷開已布的線。 并試著重新再布線，以改進(jìn)總體效果。對目前高密度的PCB設(shè)計已感覺到貫通孔不太適應(yīng)了， 它浪費(fèi)了許多寶貴的布線通道，為解決這一矛盾，出現(xiàn)了盲孔和埋孔技術(shù)，它不僅完成了導(dǎo)通孔的作用， 還省出許多布線通道使布線過程完成得更加方便，更加流暢，更為完善，PCB 板的設(shè)計過程是一個復(fù)雜而又簡單的過程，要想很好地掌握它，還需廣大電子工程設(shè)計人員去自已

8、體會， 才能得到其中的真諦。1 電源、地線的處理既使在整個PCB板中的布線完成得都很好，但由于電源、 地線的考慮不周到而引起的干擾，會使產(chǎn)品的性能下降，有時甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以對電、 地線的布線要認(rèn)真對待，把電、地線所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。 對每個從事電子產(chǎn)品設(shè)計的工程人員來說都明白地線與電源線之間噪音所產(chǎn)生的原因， 現(xiàn)只對降低式抑制噪音作以表述：眾所周知的是在電源、地線之間加上去耦電容。盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：地線電源線信號線，通常信號線寬為：0.20.3mm,最經(jīng)細(xì)寬度可達(dá)0.050.07mm,電源線為1.22.5 mm對

9、數(shù)字電路的PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一個回路, 即構(gòu)成一個地網(wǎng)來使用(模擬電路的地不能這樣使用)用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用?；蚴亲龀啥鄬影?，電源，地線各占用一層。 2 數(shù)字電路與模擬電路的共地處理現(xiàn)在有許多PCB不再是單一功能電路（數(shù)字或模擬電路），而是由數(shù)字電路和模擬電路混合構(gòu)成的。因此在布線時就需要考慮它們之間互相干擾問題，特別是地線上的噪音干擾。數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強(qiáng)，對信號線來說，高頻的信號線盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件，對地線來說，整個PCB對外界只有一個結(jié)點(diǎn)，所以必須在PCB內(nèi)部進(jìn)行處理數(shù)、模共地的問題，而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬

10、地實(shí)際上是分開的它們之間互不相連，只是在PCB與外界連接的接口處（如插頭等）。數(shù)字地與模擬地有一點(diǎn)短接，請注意，只有一個連接點(diǎn)。也有在PCB上不共地的，這由系統(tǒng)設(shè)計來決定。3 信號線布在電（地）層上在多層印制板布線時，由于在信號線層沒有布完的線剩下已經(jīng)不多，再多加層數(shù)就會造成浪費(fèi)也會給生產(chǎn)增加一定的工作量，成本也相應(yīng)增加了，為解決這個矛盾，可以考慮在電（地）層上進(jìn)行布線。首先應(yīng)考慮用電源層，其次才是地層。因?yàn)樽詈檬潜Ａ舻貙拥耐暾浴? 大面積導(dǎo)體中連接腿的處理在大面積的接地（電）中，常用元器件的腿與其連接，對連接腿的處理需要進(jìn)行綜合的考慮，就電氣性能而言，元件腿的焊盤與銅面滿接為好，但對元件的

11、焊接裝配就存在一些不良隱患如：焊接需要大功率加熱器。容易造成虛焊點(diǎn)。所以兼顧電氣性能與工藝需要，做成十字花焊盤，稱之為熱隔離（heat shield）俗稱熱焊盤（Thermal），這樣，可使在焊接時因截面過分散熱而產(chǎn)生虛焊點(diǎn)的可能性大大減少。多層板的接電（地）層腿的處理相同。5 布線中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用在許多CAD系統(tǒng)中，布線是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)決定的。網(wǎng)格過密，通路雖然有所增加，但步進(jìn)太小，圖場的數(shù)據(jù)量過大，這必然對設(shè)備的存貯空間有更高的要求，同時也對象計算機(jī)類電子產(chǎn)品的運(yùn)算速度有極大的影響。而有些通路是無效的，如被元件腿的焊盤占用的或被安裝孔、定位孔所占用的等。網(wǎng)格過疏，通路太少對布通率的影響極大。

12、所以要有一個疏密合理的網(wǎng)格系統(tǒng)來支持布線的進(jìn)行。 標(biāo)準(zhǔn)元器件兩腿之間的距離為0.1英寸(2.54mm),所以網(wǎng)格系統(tǒng)的基礎(chǔ)一般就定為0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍數(shù)，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。6 設(shè)計規(guī)則檢查（DRC）布線設(shè)計完成后，需認(rèn)真檢查布線設(shè)計是否符合設(shè)計者所制定的規(guī)則，同時也需確認(rèn)所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求，一般檢查有如下幾個方面：線與線，線與元件焊盤，線與貫通孔，元件焊盤與貫通孔，貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理，是否滿足生產(chǎn)要求。電源線和地線的寬度是否合適，電源與地線之間是否緊耦合（低的波阻抗）？在PCB中是否還有能讓地線

13、加寬的地方。對于關(guān)鍵的信號線是否采取了最佳措施，如長度最短，加保護(hù)線，輸入線及輸出線被明顯地分開。模擬電路和數(shù)字電路部分，是否有各自獨(dú)立的地線。后加在PCB中的圖形（如圖標(biāo)、注標(biāo)）是否會造成信號短路。對一些不理想的線形進(jìn)行修改。在PCB上是否加有工藝線？阻焊是否符合生產(chǎn)工藝的要求，阻焊尺寸是否合適，字符標(biāo)志是否壓在器件焊盤上，以免影響電裝質(zhì)量。 多層板中的電源地層的外框邊緣是否縮小，如電源地層的銅箔露出板外容易造成短路。PCB布線設(shè)計（一）在當(dāng)今激烈競爭的電池供電市場中，由于成本指標(biāo)限制，設(shè)計人員常常使用雙面板。盡管多層板(4層、6層及8層)方案在尺寸、噪聲和性能方面具有明顯優(yōu)勢，成本壓力卻促

14、使工程師們重新考慮其布線策略，采用雙面板。在本文中，我們將討論自動布線功能的正確使用和錯誤使用，有無地平面時電流回路的設(shè)計策略，以及對雙面板元件布局的建議。自動布線的優(yōu)缺點(diǎn)以及模擬電路布線的注意事項(xiàng) 設(shè)計PCB時，往往很想使用自動布線。通常，純數(shù)字的電路板(尤其信號電平比較低，電路密度比較小時)采用自動布線是沒有問題的。但是，在設(shè)計模擬、混合信號或高速電路板時，如果采用布線軟件的自動布線工具，可能會出現(xiàn)一些問題，甚至很可能帶來嚴(yán)重的電路性能問題。 例如，圖1中顯示了一個采用自動布線設(shè)計的雙面板的頂層。此雙面板的底層如圖2所示，這些布線層的電路原理圖如圖3a和圖3b所示。設(shè)計此混合信號電路板時，

15、經(jīng)仔細(xì)考慮，將器件手工放在板上，以便將數(shù)字和模擬器件分開放置。 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客$k&i I0C:B4F%J0S)e圖1 采用自動布線為圖3所示電路原理圖設(shè)計的電路板的頂層中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客'_9Q)P_GL6 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客q#r C%Z%_圖2 采用自動布線為圖3所示電路原理圖設(shè)計的電路板的底層2I"kC%LJ0中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客EN 7D,seK j4采用這種布線方案時，有幾個方面需要注意，

16、但最麻煩的是接地。如果在頂層布地線，則頂層的器件都通過走線接地。器件還在底層接地，頂層和底層的地線通過電路板最右側(cè)的過孔連接。當(dāng)檢查這種布線策略時，首先發(fā)現(xiàn)的弊端是存在多個地環(huán)路。另外，還會發(fā)現(xiàn)底層的地線返回路徑被水平信號線隔斷了。這種接地方案的可取之處是，模擬器件(12位A/D轉(zhuǎn)換器MCP3202和2.5V參考電壓源MCP4125)放在電路板的最右側(cè)，這種布局確保了這些模擬芯片下面不會有數(shù)字地信號經(jīng)過。圖3a和圖3b所示電路的手工布線如圖4、圖5所示。在手工布線時，為確保正確實(shí)現(xiàn)電路，需要遵循一些通用的設(shè)計準(zhǔn)則：盡量采用地平面作為電流回路；將模擬地平面和數(shù)字地平面分開；如果地平面被信號走線隔

17、斷，為降低對地電流回路的干擾，應(yīng)使信號走線與地平面垂直；模擬電路盡量靠近電路板邊緣放置，數(shù)字電路盡量靠近電源連接端放置，這樣做可以降低由數(shù)字開關(guān)引起的di/dt效應(yīng)。這兩種雙面板都在底層布有地平面，這種做法是為了方便工程師解決問題，使其可快速明了電路板的布線。廠商的演示板和評估板通常采用這種布線策略。但是，更為普遍的做法是將地平面布在電路板頂層，以降低電磁干擾。+S8Dt:R1D$EiN0 7L1uk!L%7WW;B,0 E5mY)Y$j-UG5v0 %F4V q|c5N.U7z0 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客-G P66|G$UL+G R HC O9z70 圖

18、3a 圖1、圖2、圖4和圖5中布線的電路原理圖)R2N'Cp0g7M;X3sSeN0圖3b 圖1、圖2、圖4和圖5中布線的模擬部分電路原理圖中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客6M8L0vTiIyF!H.t 8 B f(zU&C*X!V0 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客%Q&gF?uC$s* 有無地平面時的電流回路設(shè)計 對于電流回路，需要注意如下基本事項(xiàng)： 1. 如果使用走線，應(yīng)將其盡量加粗 PCB上的接地連接如要考慮走線時，設(shè)計應(yīng)將走線盡量加粗。這是一個好的經(jīng)驗(yàn)法則，但要知道，接地線的最小寬度是從此點(diǎn)到末端的有效寬

19、度，此處“末端”指距離電源連接端最遠(yuǎn)的點(diǎn)。 2. 應(yīng)避免地環(huán)路 3. 如果不能采用地平面，應(yīng)采用星形連接策略(見圖6)通過這種方法，地電流獨(dú)立返回電源連接端。圖6中，注意到并非所有器件都有自己的回路，U1和U2是共用回路的。如遵循以下第4條和第5條準(zhǔn)則，是可以這樣做的。 4. 數(shù)字電流不應(yīng)流經(jīng)模擬器件數(shù)字器件開關(guān)時，回路中的數(shù)字電流相當(dāng)大，但只是瞬時的，這種現(xiàn)象是由地線的有效感抗和阻抗引起的。對于地平面或接地走線的感抗部分，計算公式為V = Ldi/dt，其中V是產(chǎn)生的電壓，L是地平面或接地走線的感抗，di是數(shù)字器件的電流變化，dt是持續(xù)時間。對地線阻抗部分的影響，其計算公式為V= RI, 其

20、中，V是產(chǎn)生的電壓，R是地平面或接地走線的阻抗，I是由數(shù)字器件引起的電流變化。經(jīng)過模擬器件的地平面或接地走線上的這些電壓變化，將改變信號鏈中信號和地之間的關(guān)系(即信號的對地電壓)。5. 高速電流不應(yīng)流經(jīng)低速器件 與上述類似，高速電路的地返回信號也會造成地平面的電壓發(fā)生變化。此干擾的計算公式和上述相同，對于地平面或接地走線的感抗，V = Ldi/dt ；對于地平面或接地走線的阻抗，V = RI 。與數(shù)字電流一樣，高速電路的地平面或接地走線經(jīng)過模擬器件時，地線上的電壓變化會改變信號鏈中信號和地之間的關(guān)系。 6q'lp"e k0 *k1H)p:C0 圖4 采用手工走線為圖3所示電路

21、原理圖設(shè)計的電路板的頂層中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客Q0n"B5auG R h R4k-hxF0 圖5 采用手工走線為圖3所示電路原理圖設(shè)計的電路板的底層?.aY-u'Z0 圖6 如果不能采用地平面，可以采用“星形”布線策略來處理電流回路!q.us7MI0中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客!i"vfA/zKbZ中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客,l0Ae&xi|+$ ;Eo+dc*6n,4S0 圖7 分隔開的地平面有時比連續(xù)的地平面有效，圖b)接地布線策略比圖a) 的接地策略

22、理想中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客poF'N J,l QlR4G 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客&Wp1il0zZLPya6. 不管使用何種技術(shù)，接地回路必須設(shè)計為最小阻抗和容抗7. 如使用地平面，分隔開地平面可能改善或降低電路性能，因此要謹(jǐn)慎使用 分開模擬和數(shù)字地平面的有效方法如圖7所示 圖7中，精密模擬電路更靠近接插件，但是與數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和電源電路的開關(guān)電流隔離開了。這是分隔開接地回路的非常有效的方法，我們在前面討論的圖4和圖5的布線也采用了這種技術(shù)。PCB布線設(shè)計（二）工程領(lǐng)域中的數(shù)字設(shè)計人員和數(shù)字電路板設(shè)計專家在不

23、斷增加，這反映了行業(yè)的發(fā)展趨勢。盡管對數(shù)字設(shè)計的重視帶來了電子產(chǎn)品的重大發(fā)展，但仍然存在，而且還會一直存在一部分與模擬或現(xiàn)實(shí)環(huán)境接口的電路設(shè)計。模擬和數(shù)字領(lǐng)域的布線策略有一些類似之處，但要獲得更好的結(jié)果時，由于其布線策略不同，簡單電路布線設(shè)計就不再是最優(yōu)方案了。本文就旁路電容、電源、地線設(shè)計、電壓誤差和由PCB布線引起的電磁干擾(EMI)等幾個方面，討論模擬和數(shù)字布線的基本相似之處及差別。模擬和數(shù)字布線策略的相似之處旁路或去耦電容在布線時，模擬器件和數(shù)字器件都需要這些類型的電容，都需要靠近其電源引腳連接一個電容，此電容值通常為0.1mF。系統(tǒng)供電電源側(cè)需要另一類電容，通常此電容值大約為10mF

24、。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(shù)字和模擬設(shè)計來說都屬于常識。但有趣的是，其原因卻有所不同。在模擬布線設(shè)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電源引腳進(jìn)入敏感的模擬芯片。一般來說，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，就可能在信號路徑上引入噪聲，更嚴(yán)重的情況甚至?xí)鹫駝印?X(q(e(H0g0 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的

25、電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客1&ZU"ag+a5圖1 在模擬和數(shù)字PCB設(shè)計中，旁路或去耦電容(1mF)應(yīng)盡量靠近器件放置。供電電源去耦電容(10mF)應(yīng)放置在電路板的電源線入口處。所有情況下，這些電容的引腳都應(yīng)較短中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客C8nm2y8q;i圖2 在此電路板上，使用不同的路線來布電源線和地線，由于這種不恰當(dāng)?shù)呐浜?，電路板的電子元器件和線路受電磁干擾的可能性比較大中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客 n5z?:X.RZpk中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客&%Ox

26、Mdg6b6m6圖3 在此單面板中，到電路板上器件的電源線和地線彼此靠近。此電路板中電源線和地線的配合比圖2中恰當(dāng)。電路板中電子元器件和線路受電磁干擾(EMI)的可能性降低了679/12.8倍或約54倍中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客T 9_""q &G"O b Q,X*m4C l3D;b0 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客rw2v/T%M4T1q#) 對于控制器和處理器這樣的數(shù)字器件，同樣需要去耦電容，但原因不同。這些電容的一個功能是用作“微型”電荷庫。在數(shù)字電路中，執(zhí)行門狀態(tài)的切換通常需要很大的電

27、流。由于開關(guān)時芯片上產(chǎn)生開關(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(zhí)行開關(guān)動作時沒有足夠的電荷，會造成電源電壓發(fā)生很大變化。電壓變化太大，會導(dǎo)致數(shù)字信號電平進(jìn)入不確定狀態(tài)，并很可能引起數(shù)字器件中的狀態(tài)機(jī)錯誤運(yùn)行。流經(jīng)電路板走線的開關(guān)電流將引起電壓發(fā)生變化，電路板走線存在寄生電感，可采用如下公式計算電壓的變化：V = LdI/dt中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客j4FH8t(?C,rKp2L hx7R0其中，V = 電壓的變化；L = 電路板走線感抗；dI = 流經(jīng)走線的電流變化；dt =電流變化的時間。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的

28、電子工程師博客Mi FY,xHP5Z 因此，基于多種原因，在供電電源處或有源器件的電源引腳處施加旁路(或去耦)電容是較好的做法。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客0f7qZ)N VhO/|c3l中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客 N+n:t%Z電源線和地線要布在一起:?O)WeK!0電源線和地線的位置良好配合，可以降低電磁干擾的可能性。如果電源線和地線配合不當(dāng)，會設(shè)計出系統(tǒng)環(huán)路，并很可能會產(chǎn)生噪聲。電源線和地線配合不當(dāng)?shù)腜CB設(shè)計示例如圖2所示。rMKO ?)Z0此電路板上，設(shè)計出的環(huán)路面積為697cm2。采用圖3所示的方法，電路板上或電路板

29、外的輻射噪聲在環(huán)路中感應(yīng)電壓的可能性可大為降低。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客Itc8lk"M 模擬和數(shù)字領(lǐng)域布線策略的不同之處 地平面是個難題中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客7j'bw1L)Or-Z3N9jbfO;z0電路板布線的基本知識既適用于模擬電路，也適用于數(shù)字電路。一個基本的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則是使用不間斷的地平面，這一常識降低了數(shù)字電路中的dI/dt(電流隨時間的變化)效應(yīng)，這一效應(yīng)會改變地的電勢并會使噪聲進(jìn)入模擬電路。數(shù)字和模擬電路的布線技巧基本相同，但有一點(diǎn)除外。對于模擬電路，還有另外一點(diǎn)需要注意，就是要將數(shù)字信號

30、線和地平面中的回路盡量遠(yuǎn)離模擬電路。這一點(diǎn)可以通過如下做法來實(shí)現(xiàn)：將模擬地平面單獨(dú)連接到系統(tǒng)地連接端，或者將模擬電路放置在電路板的最遠(yuǎn)端，也就是線路的末端。這樣做是為了保持信號路徑所受到的外部干擾最小。對于數(shù)字電路就不需要這樣做，數(shù)字電路可容忍地平面上的大量噪聲，而不會出現(xiàn)問題。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客u4jgz;w f%-wP6bw/q,lgo)M V0 圖4 (左)將數(shù)字開關(guān)動作和模擬電路隔離，將電路的數(shù)字和模擬部分分開。 (右) 要盡可能將高頻和低頻分開，高頻元件要靠近電路板的接插件t'bJf8C ay0 圖5 在PCB上布兩條靠近的走線，很容

31、易形成寄生電容。由于這種電容的存在，在一條走線上的快速電壓變化，可在另一條走線上產(chǎn)生電流信號中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客s&M70N-G i圖6 如果不注意走線的放置，PCB中的走線可能產(chǎn)生線路感抗和互感。這種寄生電感對于包含數(shù)字開關(guān)電路的電路運(yùn)行是非常有害的元件的位置G3W8QT9t)wQ I0 U?E;fLzDH0如上所述，在每個PCB設(shè)計中，電路的噪聲部分和“安靜”部分(非噪聲部分)要分隔開。一般來說，數(shù)字電路“富含”噪聲，而且對噪聲不敏感(因?yàn)閿?shù)字電路有較大的電壓噪聲容限)；相反，模擬電路的電壓噪聲容限就小得多。兩者之中，模擬電路對開關(guān)噪聲最為敏

32、感。在混合信號系統(tǒng)的布線中，這兩種電路要分隔開，如圖4所示。n4o% m5h"ods0 :?#Txw,p5PCB設(shè)計產(chǎn)生的寄生元件 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客hL'x'M,ES/A y:V C PCB設(shè)計中很容易形成可能產(chǎn)生問題的兩種基本寄生元件：寄生電容和寄生電感。設(shè)計電路板時，放置兩條彼此靠近的走線就會產(chǎn)生寄生電容?？梢赃@樣做：在不同的兩層，將一條走線放置在另一條走線的上方；或者在同一層，將一條走線放置在另一條走線的旁邊，如圖5所示。在這兩種走線配置中，一條走線上電壓隨時間的變化(dV/dt)可能在另一條走線上產(chǎn)生電流。如果另一條

33、走線是高阻抗的，電場產(chǎn)生的電流將轉(zhuǎn)化為電壓。 'oF E:U&c,D7,P0 ;d 7v-tj/Q|0快速電壓瞬變最常發(fā)生在模擬信號設(shè)計的數(shù)字側(cè)。如果發(fā)生快速電壓瞬變的走線靠近高阻抗模擬走線，這種誤差將嚴(yán)重影響模擬電路的精度。在這種環(huán)境中，模擬電路有兩個不利的方面：其噪聲容限比數(shù)字電路低得多；高阻抗走線比較常見。"f+N6cw0 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客9nZ$lE+vx 采用下述兩種技術(shù)之一可以減少這種現(xiàn)象。最常用的技術(shù)是根據(jù)電容的方程，改變走線之間的尺寸。要改變的最有效尺寸是兩條走線之間的距離。應(yīng)該注意，變量d在電容方程的分母中

34、，d增加，容抗會降低?？筛淖兊牧硪粋€變量是兩條走線的長度。在這種情況下，長度L降低，兩條走線之間的容抗也會降低。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客76R K3y$b,d另一種技術(shù)是在這兩條走線之間布地線。地線是低阻抗的，而且添加這樣的另外一條走線將削弱產(chǎn)生干擾的電場，如圖5所示。my$t gNV0 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客*RGF h2 電路板中寄生電感產(chǎn)生的原理與寄生電容形成的原理類似。也是布兩條走線，在不同的兩層，將一條走線放置在另一條走線的上方；或者在同一層，將一條走線放置在另一條的旁邊，如圖6所示。在這兩種走線配置中，一條走

35、線上電流隨時間的變化(dI/dt)，由于這條走線的感抗，會在同一條走線上產(chǎn)生電壓；并由于互感的存在，會在另一條走線上產(chǎn)生成比例的電流。如果在第一條走線上的電壓變化足夠大，干擾可能會降低數(shù)字電路的電壓容限而產(chǎn)生誤差。并不只是在數(shù)字電路中才會發(fā)生這種現(xiàn)象，但這種現(xiàn)象在數(shù)字電路中比較常見，因?yàn)閿?shù)字電路中存在較大的瞬時開關(guān)電流。 H'y3M5S;Zd'8X0 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客*D:Asck?ngw 為消除電磁干擾源的潛在噪聲，最好將“安靜”的模擬線路和噪聲I/O端口分開。要設(shè)法實(shí)現(xiàn)低阻抗的電源和地網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)盡量減小數(shù)字電路導(dǎo)線的感抗，盡量降低模

36、擬電路的電容耦合。o&doa Ce2yEs0 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客V$Xq$Kf/rsXU n PCB布線設(shè)計（三）布線需要考慮的問題很多，但是最基本的的還是要做到周密，謹(jǐn)慎。 寄生元件危害最大的情況印刷電路板布線產(chǎn)生的主要寄生元件包括：寄生電阻、寄生電容和寄生電感。例如：PCB的寄生電阻由元件之間的走線形成；電路板上的走線、焊盤和平行走線會產(chǎn)生寄生電容；寄生電感的產(chǎn)生途徑包括環(huán)路電感、互感和過孔。當(dāng)將電路原理圖轉(zhuǎn)化為實(shí)際的PCB時，所有這些寄生元件都可能對電路的有效性產(chǎn)生干擾。本文將對最棘手的電路板寄生元件類型 寄生電容進(jìn)行量化，并提供一個可清

37、楚看到寄生電容對電路性能影響的示例。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客7qY e Nm,h;md中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客"M H Rt2a7 /bz!a6 x%cq0 圖1 在PCB上布兩條靠近的走線，很容易產(chǎn)生寄生電容。由于這種寄生電容的存在，在一條走線上的快速電壓變化會在另一條走線上產(chǎn)生電流信號。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客;Fz.p4Hq2|W+K圖2 用三個8位數(shù)字電位器和三個放大器提供65536個差分輸出電壓，組成一個16位D/A轉(zhuǎn)換器。如果系統(tǒng)中的VDD為5V，那么此D/A轉(zhuǎn)換器

38、的分辨率或LSB大小為76.3mV。fP VwrZ,o07s:QUK1+k0 圖3 這是對圖2所示電路的第一次布線嘗試。此配置在模擬線路上產(chǎn)生不規(guī)律的噪聲，這是因?yàn)樵谔囟〝?shù)字走線上的數(shù)據(jù)輸入碼隨著數(shù)字電位器的編程需求而改變。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客7o1d1Aq7k1n 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客$JXL8?lu,GG Q 寄生電容的危害 大多數(shù)寄生電容都是靠近放置兩條平行走線引起的。可以采用圖1所示的公式來計算這種電容值。VF;b7W%DxF?0 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客(N"

39、RKK-M.v4 F 在混合信號電路中，如果敏感的高阻抗模擬走線與數(shù)字走線距離較近，這種電容會產(chǎn)生問題。例如，圖2中的電路就很可能存在這種問題。2R8g5c!FOw0 ?QYuMH0v W4'Y0為講解圖2所示電路的工作原理，采用三個8位數(shù)字電位器和三個CMOS運(yùn)算放大器組成一個16位D/A轉(zhuǎn)換器。在此圖的左側(cè)，在VDD和地之間跨接了兩個數(shù)字電位器(U3a和U3b)，其抽頭輸出連接到兩個運(yùn)放(U4a和U4b)的正相輸入端。數(shù)字電位器U2和U3通過與單片機(jī)(U1)之間的SPI接口編程。在此配置中，每個數(shù)字電位器配置為8位乘法型D/A轉(zhuǎn)換器。如果VDD為5V，那么這些D/A轉(zhuǎn)換器的LSB大

40、小等于19.61mV。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客j1zdB(jzs 這兩個數(shù)字電位器的抽頭都分別連接到兩個配置了緩沖器的運(yùn)放的正相輸入端。在此配置中，運(yùn)放的輸入端是高阻抗的，將數(shù)字電位器與電路其它部分隔離開了。這兩個放大器配置為其輸出擺幅限制不會超出第二級放大器的輸入范圍。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客 qj_P'E"Ki%_rt0 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客DRn m7f0 Lia圖 4 在此示波器照片中，最上面的波形取自JP1(到數(shù)字電位器的數(shù)字碼)，第二個波形取自JP5(相

41、鄰模擬走線上的噪聲)，最下面的波形取自TP10(16位D/A轉(zhuǎn)換器輸出端的噪聲)。N G"Mq0Iw0D i-w0 圖5 采用這種新的布線，將模擬線路和數(shù)字線路隔離開了。增大走線之間的距離，基本消除了在前面布線中造成干擾的數(shù)字噪聲。; ?4x&h A(Z,L4H?U0&e|p-zn-qTH n0 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客 |&u1X uu:dML d fa6I_0 圖 6 圖中示出了采用新布線的16位D/A轉(zhuǎn)換器的單個碼轉(zhuǎn)換結(jié)果，對數(shù)字電位器編程的數(shù)字信號沒有造成數(shù)字噪聲。)Vt fCnDA L0'mg:H%v0Xy

42、f0 k /eR(Ste4V:W0為使此電路具有16位D/A轉(zhuǎn)換器的性能，采用第三個數(shù)字電位器(U2a)跨接在兩個運(yùn)放(U4a和U4b)的輸出端之間。U3a和U3b的編程設(shè)定經(jīng)數(shù)字電位器后的電壓值。如果VDD為5V，可以將U3a和U3b的輸出編程為相差19.61mV。此電壓大小經(jīng)第三個8位數(shù)字電位器R3，則自左至右整個電路的LSB大小為76.3mV。此電路獲得最優(yōu)性能所需的嚴(yán)格器件規(guī)格如表1所示。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客d9GB|7Md中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客DiO;7m5?N_ 此電路有兩種基本工作模式。第一種模式可用于

43、獲得可編程、可調(diào)節(jié)的直流差分電壓。在此模式中，電路的數(shù)字部分只是偶爾使用，在正常工作時不使用。第二種模式是可以將此電路用作任意波形發(fā)生器。在此模式中，電路的數(shù)字部分是電路運(yùn)行的必需部分。此模式中可能發(fā)生電容耦合的危險。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客:V!t,G:Xu,c K:K中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客Q!de7X*|d3n 圖2所示電路的第一次布線如圖3所示。此電路是在實(shí)驗(yàn)室中快速設(shè)計出的，沒有注意細(xì)節(jié)。在檢查布線時，發(fā)現(xiàn)將數(shù)字走線布在了高阻抗模擬線路的旁邊。需要強(qiáng)調(diào)的是，第一次就應(yīng)該正確布線，本文的目的是為了講解如何識別問題及

44、如何對布線做重大改進(jìn)。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客 cIf-s/N.0)G)BH1m4GG n:rx"g?e6R+o#x0看一下此布線中不同的走線，可以明顯看到哪里可能存在問題。圖中的模擬走線從U3a的抽頭連接到U4a放大器的高阻抗輸入端。圖中的數(shù)字走線傳送對數(shù)字電位器設(shè)置進(jìn)行編程的數(shù)字碼。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客x0o"e!BvIMb7Qr+G,xz%x0在測試板上經(jīng)過測量，發(fā)現(xiàn)數(shù)字走線中的數(shù)字信號耦合到了敏感的模擬走線中，參見圖4。f AF+QU)9wN:0 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)

45、的電子工程師博客+u vX&F"dc 系統(tǒng)中對數(shù)字電位器編程的數(shù)字信號沿著走線逐漸傳輸?shù)捷敵鲋绷麟妷旱哪M線路。此噪聲通過電路的模擬部分一直傳播到第三個數(shù)字電位器(U5a)。第三個數(shù)字電位器在兩個輸出狀態(tài)之間翻轉(zhuǎn)。解決這個問題的方法主要是分隔開走線，圖5示出了改進(jìn)的布線方案。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客E%h byn"P中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客B'X-kC/rw8k 改變布線的結(jié)果如圖6所示。將模擬和數(shù)字走線仔細(xì)分開后，電路成為非常“干凈”的16位D/A轉(zhuǎn)換器。圖中的波形是第三個數(shù)字電位器的

46、單碼轉(zhuǎn)換結(jié)果76.29mV。&t!dcu!GoB n0 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客G1Nykbx 結(jié)語h7e%vSM0中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客7M;azIo1Q*k g中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客 ip2f#J+O)_ 數(shù)字和模擬范圍確定后，謹(jǐn)慎布線對獲得成功的PCB是至關(guān)重要的。尤其是有源數(shù)字走線靠近高阻抗模擬走線時，會引起嚴(yán)重的耦合噪聲，這只能通過增加走線之間的距離來避免。PCB布線設(shè)計（四）AD轉(zhuǎn)換器的精度和分辨率增加時使用的布線技巧。最初，模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器起源于模擬范例，其

47、中物理硅的大部分是模擬。隨著新的設(shè)計拓?fù)鋵W(xué)發(fā)展，此范例演變?yōu)?，在低速A/D轉(zhuǎn)換器中數(shù)字占主要部分。盡管A/D轉(zhuǎn)換器片內(nèi)由模擬占主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓴?shù)字占主導(dǎo)，PCB的布線準(zhǔn)則卻沒有改變。當(dāng)布線設(shè)計人員設(shè)計混合信號電路時，為實(shí)現(xiàn)有效布線，仍需要關(guān)鍵的布線知識。本文將以逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器和-型A/D轉(zhuǎn)換器為例，探討A/D轉(zhuǎn)換器所需的PCB布線策略。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客*W !*L(PA)q%nE%DyI0圖1. 12位CMOS逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的方框圖。此轉(zhuǎn)換器使用了由電容陣列形成的電荷分布。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的布線中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、

48、最專業(yè)的電子工程師博客P(fW5#Jg/t&_ Y$gD&nJ2y dbj0逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器有8位、10位、12位、16位以及18位分辨率。最初，這些轉(zhuǎn)換器的工藝和結(jié)構(gòu)是帶R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)的雙極型。但是最近，采用電容電荷分布拓?fù)鋵⑦@些器件移植到了CMOS工藝。顯然，這種移植并沒有改變這些轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)布線策略。除較高分辨率的器件外，基本的布線方法是一致的。對于這些器件，需要特別注意防止來自轉(zhuǎn)換器串行或并行輸出接口的數(shù)字反饋。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客 O_$A%G$D P-Rpqa0從電路和片內(nèi)專用于不同領(lǐng)域的資源來看，模擬在逐次逼近型

49、A/D轉(zhuǎn)換器中占主導(dǎo)地位。圖1是一個12位CMOS逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的方框圖。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客9l m0rh x*oOui z63a:z%此轉(zhuǎn)換器使用了由電容陣列形成的電荷分布。在此方框圖中，采樣/保持、比較器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的大部分以及12位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器都是模擬的。電路的其余部分是數(shù)字的。因此，此轉(zhuǎn)換器所需的大部分能量和電流都用于內(nèi)部模擬電路。此器件需要很小的數(shù)字電流，只有D/A轉(zhuǎn)換器和數(shù)字接口會發(fā)生少量開關(guān)。'DP% aP?/w0 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客+j*1D5N2*p n 這

50、些類型的轉(zhuǎn)換器可以有多個地和電源連接引腳。引腳名經(jīng)常會引起誤解，因?yàn)榭捎靡_標(biāo)號區(qū)分模擬和數(shù)字連接。這些標(biāo)號并非意在描述到PCB的系統(tǒng)連接，而是確定數(shù)字和模擬電流如何流出芯片。知道了此信息，并了解了片內(nèi)消耗的主要資源是模擬的，就會明白在相同平面（如模擬平面）上連接電源和地引腳的意義。 :T| vG;vy0v(FU0例如，10位和12位轉(zhuǎn)換器典型樣片的引腳配置如圖2所示。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客 s'cG Re中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客9'sAP9?!SO)i圖2. 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，無論其分辨率是多少位

51、，通常至少有兩個地連接端：AGND和DGND。此處以Microchip的A/D轉(zhuǎn)換器 MCP4008和MCP3001為例。S-hJfj0對于這些器件，通常從芯片引出兩個地引腳：AGND和DGND。電源有一個引出引腳。當(dāng)使用這些芯片實(shí)現(xiàn)PCB布線時，AGND和DGND應(yīng)該連接到模擬地平面。模擬和數(shù)字電源引腳也應(yīng)該連接到模擬電源平面或至少連接到模擬電源軌，并且要盡可能靠近每個電源引腳連接適當(dāng)?shù)呐月冯娙?。象MCP3201這樣的器件，只有一個接地引腳和一個正電源引腳，其唯一的原因是由于封裝引腳數(shù)的限制。然而，隔離開地可增大轉(zhuǎn)換器具有良好和可重復(fù)精度的可能性。k-tqMf/_1kW0 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)

52、-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客BGiG8Mjr6s對于所有這些轉(zhuǎn)換器，電源策略應(yīng)該是將所有的地、正電源和負(fù)電源引腳連接到模擬平面。而且，與輸入信號有關(guān)的COM引腳或IN引腳應(yīng)該盡量靠近信號地連接。對于更高分辨率的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器（16位和18位轉(zhuǎn)換器），在將數(shù)字噪聲與“安靜”的模擬轉(zhuǎn)換器和電源平面隔離開時，需要另外稍加注意。當(dāng)這些器件與單片機(jī)接口時，應(yīng)該使用外部的數(shù)字緩沖器，以獲得無噪聲運(yùn)行。盡管這些類型的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器通常在數(shù)字輸出側(cè)有內(nèi)部雙緩沖器，還是要使用外部緩沖器，以進(jìn)一步將轉(zhuǎn)換器中的模擬電路與數(shù)字總線噪聲隔離開。這種系統(tǒng)的正確電源策略如圖3所示。A52f8P

53、FZM&pas0 圖3.對于高分辨率的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器的電源和地應(yīng)該連接到模擬平面。然后，A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出應(yīng)使用外部的三態(tài)輸出緩沖器緩沖。這些緩沖器除了具有高驅(qū)動能力外，還具有隔離模擬和數(shù)字側(cè)的作用。-f!IL7x6F.Y? nw0 高精度-型A/D轉(zhuǎn)換器的布線策略高精度-型A/D轉(zhuǎn)換器硅面積的主要部分是數(shù)字。早期生產(chǎn)這種轉(zhuǎn)換器的時候，范例中的這種轉(zhuǎn)變促使用戶使用PCB平面將數(shù)字噪聲和模擬噪聲隔離開。與逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器一樣，這些類型A/D轉(zhuǎn)換器可能有多個模擬地、數(shù)字地和電源引腳。數(shù)字或模擬設(shè)計工程師一般都傾向于將這些引腳分開，分別連接到不同的平面。但是，這種傾

54、向是錯誤的，尤其是當(dāng)您試圖解決16位到24位精度器件的嚴(yán)重噪聲問題時。對于有10Hz數(shù)據(jù)速率的高分辨率-型A/D轉(zhuǎn)換器，加在轉(zhuǎn)換器上的時鐘（內(nèi)部或外部時鐘）可能為10MHz或20MHz。此高頻率時鐘用于開關(guān)調(diào)制器和運(yùn)行過采樣引擎。對于這些電路，與逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器一樣，AGND和DGND引腳也是在同一地平面上連接在一起。而且，模擬和數(shù)字電源引腳也最好在同一平面上連接在一起。對模擬和數(shù)字電源平面的要求與高分辨率逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器相同。 必須要有地平面，這意味著至少需要雙面板。在此雙面板上，地平面至少要覆蓋整個板面積的75%。地平面層的用途是為了降低接地阻抗和感抗，并提供對電磁干擾（EMI

55、）和射頻干擾（RFI）的屏蔽作用。如果在電路板的地平面?zhèn)刃枰袃?nèi)部連接走線，那么走線要盡可能短并與地電流回路垂直。 PCB布線設(shè)計（五）要解決信號完整性問題，最好有多個工具分析系統(tǒng)性能。如果在信號路徑中有一個A/D轉(zhuǎn)換器，那么當(dāng)評估電路性能時，很容易發(fā)現(xiàn)三個基本問題：所有這三種方法都評估轉(zhuǎn)換過程，以及轉(zhuǎn)換過程與布線及電路其它部分的交互作用。三個關(guān)注的方面涉及到頻域分析、時域分析和直流分析技術(shù)的使用。本文將探討如何使用這些工具來確定與電路布線有關(guān)問題的根源。我們將研究如何決定找什么；到哪里找；如何通過測試檢驗(yàn)問題；以及如何解決發(fā)現(xiàn)的問題等。MK SnR J vT0 圖1 SCX015壓力傳感器輸

56、出端的電壓由儀表放大器(A1和A2)放大。在儀表放大器之后，添加了一個低通濾波器 (A3)，以消除來自12位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的混疊噪聲。%c/W1W,C62JVT0 圖2 來自于12位A/D轉(zhuǎn)換器MCP3201的數(shù)據(jù)的時域表示，產(chǎn)生了有趣的周期信號。此信號源可追溯到電源。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客T"R/efNg.n%Ds圖3 電源噪聲充分降低后，MCP3201的輸出碼一直是一個碼，2108。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客+P#P:PX:bcR s 本文要論述的電路如圖1所示。7Q1u:tIE0h0 中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-

57、最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客#AH |Q0o& e 電源噪聲"DeBJ;A W$O"r;s0電路應(yīng)用中的常見干擾源來自電源，這種干擾信號通常通過有源器件的電源引腳引入。例如，圖1中A/D轉(zhuǎn)換器輸出的時序圖如圖2所示。在此圖中，A/D轉(zhuǎn)換器的采樣速度是40ksps，進(jìn)行了4096次采樣。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客U#p,r F(Y4ot k,E| D DO8fEco0在此例中，儀表放大器、參考電壓源和A/D轉(zhuǎn)換器上沒有加旁路電容。另外，電路的輸入都是以一個低噪聲、2.5V的直流電壓源作為基準(zhǔn)。中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客5y#YPv!ef6N中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)-最專業(yè)的電子論壇、最專業(yè)的電子工程師博客M pBwP8V D 對電路的深入研究表明，時序圖上看到的噪聲源來自于開關(guān)電源。電路中添加了旁路電容和扼流環(huán)。電源上加了一個10mF的電容，并且在盡可能靠近有源元件的電源引腳旁放置了三個0.1mF的電容。在產(chǎn)生的新時序圖上可以看