高速PCB布板原则课件

高速PCB布板原则随着系统设计复杂性和集成度的大规模提高，总线的工作频率己经达到或者超过50MHz，有的甚至超过100MHz。通常认为如果数字逻辑电路的频率达到或者超过45MHz~50MHz，而且工作在这个频率之上的电路己经占到了整个电子系统一定的份量（如1/3），就称为高速电路。目前世界上约有50%的设计时钟频率超过50MHz。将近20%的设计主频超过120MHz。当系统工作在50MHz时，将产生传输线效应和信号的完整性问题；而当系统时钟达到120MHz时，除非使用高速电路设计，否则基于传统方法设计的PCB将无法工作。因此，高速电路设计技术已经成为PCB板设计师必须采取的设计手段。在高速板的布局布线中，要使电子电路获得最佳性能，元器件的布局及导线的布线是很重要的。为了设计出质量高、造价低的PCB板，应遵循以下原则：①设计好最佳布局②调整好PCB板的走线和焊盘③处理好印制导线的屏蔽与接地④配置好去耦电容⑤选择好合适的板材与板厚①设计好最佳布局1）以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。2）是要尽可能缩短高频元器件之间的连线。设法减少高频元器件的分布参数和相互间的电磁干扰，易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。由于某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。3）是对于重量超过15g的元器件、应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件，不宜装在印制板上，而应装在整机的机箱底板上，且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样，不但美观，而且装焊容易，易于批量生产。②调整好PCB板的走线和焊盘印制导线的布设应尽可能的短，在高频回路中更应如此；印制导线的拐弯应成圆角，而直角或尖角在高频电路和布线密度高的情况下会影响电气性能：当双面板布线时，两面的导线应相互垂直、斜交、或弯曲走线，避免相互平行，以减小寄生藕合；作为电路的输入及输出用的印制导线应尽量避免相邻平行，以免发生回授，在这些导线之间最好加接地线。保持整块PCB板上布线密度的大体平衡密度，以控制串扰，局部过密的布线对避免串扰显然是不利的。导线宽度应以能满足电气性能要求而又便于生产为宜，它的最小值以承受的电流大小而定，但最小不宜小于0.2mm，在高密度、高精度的印制线路中，导线宽度和间距一般可取0.3mm；导线宽度在大电流情况下还要考虑其温升，保持整块电路板上功耗的大体平衡。如果板材区域冷热差别太大，信号线极易因板材的热胀冷缩而断裂。单面板实验表明，当铜箔厚度为50um、导线宽度1~1.5mm、通过电流2A时，温升很小，不会超过3摄氏度。因此，一般选用1~1.5mm宽度导线就可能满足设计要求而不致引起温升；印制导线的公共地线应尽可能地粗，可能的话，使用大于2~3mm的线条，这点在带有微处理器的电路中尤为重要，因为当地线过细时，由于流过的电流的变化，地电位变动，微处理器定时信号的电平不稳，会使噪声容限劣化；在DIP封装的IC脚间走线，当两脚间通过2根线时，焊盘直径可设为1.3mm、线宽与线距都为0.25mm，当两脚间只通过1根线时，焊盘直径可设为1.6mm、线宽与线距都为0.3mm。处理焊盘时，焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径D一般不小于(d+1.2)mm，其中d为引线孔径。对高密度的数字电路，焊盘最小直径可取(d+1.0)mm。③处理好印制导线的屏蔽与接地印制导线的公共地线，应尽量布置在印制线路板的边缘部分。在印制线路板上应尽可能多地保留铜箔做地线，这样得到的屏蔽效果，比一长条地线要好，传输线特性和屏蔽作用将得到改善，另外起到了减小分布电容的作用。印制导线的公共地线最好形成环路或网状，这是因为当在同一块板上有许多集成电路，特别是有耗电多的元件时，由于图形上的限制产生了接地电位差，从而引起噪声容限的降低，当做成回路时，接地电位差减小。另外，接地和电源的图形尽可能要与数据的流动方向平行，这样可以较好地抑制噪声；多层印制线路板可采取其中若干层作屏蔽层，电源层、地线层均可视为屏蔽层，一般地线层和电源层设计在多层印制线路板的内层，信号线设计在外层。⑤选择好合适的板材与板厚印制线路板一般用覆箔层压板制成，常用的是覆铜箔层压板。板材选用时要从电气性能、可靠性、加工工艺要求、经济指标等方面考虑，常用的覆铜箔层压板有覆铜箔酚醛纸质层压板、覆铜箔环氧纸质层压板、覆铜箔环氧玻璃布层压板、覆铜箔环氧酚醛玻璃布层压板、覆铜箔聚四氟乙烯玻璃布层压板和多层印制线路板用环氧玻璃布等。由于环氧树脂与铜箔有极好的粘合力，因此铜箔的附着强度和工作温度较高，可以在260℃的熔锡中浸焊而无起泡。环氧树脂浸渍的玻璃布层压板受潮湿的影响较小。超高频印制线路最优良的材料是覆铜箔聚四氟乙烯玻璃布层压板。在有阻燃要求的电子设备上，还要使用阻燃性覆铜箔层压板，其原理是由绝缘纸或玻璃布浸渍了不燃或难燃性的树脂，使制得的覆铜箔层压板，除了具有同类覆铜箔层压板的相拟性能外，还有阻燃性。印制线路板的厚度应根据印制板的功能及所装元件的重量、印制板插座规格、印制板的外形尺寸和所承受的机械负荷来决定。多层印制板总厚度及各层间厚度的分配应根据电气和结构性能的需要以及覆箔板的标准规格来选取，常见的印制线路板厚度有0.5mm、1mm、1.5mm、2mm等。EPA控制器PCB板的设计与实现Protel99SE是Protel电路设计软件系列比较成熟的版本之一，它提供了一系列的电路设计工具、优秀的文件管理系统，以及客户/服务器电路设计系统。因为本系统试验板上的最高信号频率为50MHz，所以涉及到了高速板的设计问题。EPA控制器通信底板PCB图DI/DO板卡PCB图在核心板上，电源芯片和Cyclone器件放在板的正面，SDRAM和Flash放到了板的背面；通信底板最终是要固定在铝盒之中，所以通信底板的背面没有放置原件。在核心板背面覆地，通信底板的正面和背面均覆地，信号线和数据线线宽选择为0.254mm和0.1778mm，安全线距最小为0.1778mm。DI/DO板卡是连接在通信底板上的拓展板，在通信地板上设计了与拓展