1. 一般規(guī)則
1.1 PCB板上預(yù)劃分?jǐn)?shù)字、模擬、DAA信號(hào)布線區(qū)域。
1.2 數(shù)字、模擬元器件及相應(yīng)走線盡量分開(kāi)并放置於各自的布線區(qū)域內(nèi)。
1.3 高速數(shù)字信號(hào)走線盡量短。
1.4 敏感模擬信號(hào)走線盡量短。
1.5 合理分配電源和地。
1.6 DGND、AGND、實(shí)地分開(kāi)。
1.7 電源及臨界信號(hào)走線使用寬線。
1.8 數(shù)字電路放置於并行總線/串行DTE接口附近,DAA電路放置於電話線接口附近。
2. 元器件放置
2.1 在系統(tǒng)電路原理圖中:
a) 劃分?jǐn)?shù)字、模擬、DAA電路及其相關(guān)電路;
b) 在各個(gè)電路中劃分?jǐn)?shù)字、模擬、混合數(shù)字/模擬元器件;
c) 注意各IC芯片電源和信號(hào)引腳的定位。
2.2 初步劃分?jǐn)?shù)字、模擬、DAA電路在PCB板上的布線區(qū)域(一般比例2/1/1),數(shù)字、模擬元器件及其相應(yīng)走線盡量遠(yuǎn)離并限定在各自的布線區(qū)域內(nèi)。
Note:當(dāng)DAA電路占較大比重時(shí),會(huì)有較多控制/狀態(tài)信號(hào)走線穿越其布線區(qū)域,可根據(jù)當(dāng)?shù)匾?guī)則限定做調(diào)整,如元器件間距、高壓抑制、電流限制等。
2.3 初步劃分完畢后,從Connector和Jack開(kāi)始放置元器件:
a) Connector和Jack周圍留出插件的位置;
b) 元器件周圍留出電源和地走線的空間;
c) Socket周圍留出相應(yīng)插件的位置。
2.4 首先放置混合型元器件(如Modem器件、A/D、D/A轉(zhuǎn)換芯片等):
a) 確定元器件放置方向,盡量使數(shù)字信號(hào)及模擬信號(hào)引腳朝向各自布線區(qū)域;
b) 將元器件放置在數(shù)字和模擬信號(hào)布線區(qū)域的交界處。
2.5 放置所有的模擬器件:
a) 放置模擬電路元器件,包括DAA電路;
b) 模擬器件相互靠近且放置在PCB上包含TXA1、TXA2、RIN、VC、VREF信號(hào)走線的一面;
c) TXA1、TXA2、RIN、VC、VREF信號(hào)走線周圍避免放置高噪聲元器件;
d) 對(duì)於串行DTE模塊,DTE EIA/TIA-232-E
系列接口信號(hào)的接收/驅(qū)動(dòng)器盡量靠近Connector并遠(yuǎn)離高頻時(shí)鐘信號(hào)走線,以減少/避免每條線上增加的噪聲抑制器件,如阻流圈和電容等。
2.6 放置數(shù)字元器件及去耦電容:
a) 數(shù)字元器件集中放置以減少走線長(zhǎng)度;
b) 在IC的電源/地間放置0.1uF的去耦電容,連接走線盡量短以減小EMI;
c) 對(duì)并行總線模塊,元器件緊靠
Connector邊緣放置,以符合應(yīng)用總線接口標(biāo)準(zhǔn),如ISA總線走線長(zhǎng)度限定在2.5in;
d) 對(duì)串行DTE模塊,接口電路靠近Connector;
e) 晶振電路盡量靠近其驅(qū)動(dòng)器件。
2.7 各區(qū)域的地線,通常用0 Ohm電阻或bead在一點(diǎn)或多點(diǎn)相連。
3. 信號(hào)走線
3.1 Modem信號(hào)走線中,易產(chǎn)生噪聲的信號(hào)線和易受干擾的信號(hào)線盡量遠(yuǎn)離,如無(wú)法避免時(shí)要用中性信號(hào)線隔離。
Modem易產(chǎn)生噪聲的信號(hào)引腳、中性信號(hào)引腳、易受干擾的信號(hào)引腳如下表所示:
3.2 數(shù)字信號(hào)走線盡量放置在數(shù)字信號(hào)布線區(qū)域內(nèi);
模擬信號(hào)走線盡量放置在模擬信號(hào)布線區(qū)域內(nèi);
(可預(yù)先放置隔離走線加以限定,以防走線布出布線區(qū)域)
數(shù)字信號(hào)走線和模擬信號(hào)走線垂直以減小交叉耦合。
3.3 使用隔離走線(通常為地)將模擬信號(hào)走線限定在模擬信號(hào)布線區(qū)域。
a) 模擬區(qū)隔離地走線環(huán)繞模擬信號(hào)布線區(qū)域布在PCB板兩面,線寬50-100mil;
b) 數(shù)字區(qū)隔離地走線環(huán)繞數(shù)字信號(hào)布線區(qū)域布在PCB板兩面,線寬50-100mil,其中一面PCB板邊應(yīng)布200mil寬度。
3.4 并行總線接口信號(hào)走線線寬》10mil(一般為12-15mil),如/HCS、/HRD、/HWT、/RESET。
3.5 模擬信號(hào)走線線寬》10mil(一般為12-15mil),如MICM、MICV、SPKV、VC、VREF、TXA1、TXA2、RXA、TELIN、TELOUT。
3.6 所有其它信號(hào)走線盡量寬,線寬》5mil(一般為 10mil),元器件間走線盡量短(放置器件時(shí)應(yīng)預(yù)先考慮)。
3.7 旁路電容到相應(yīng)IC的走線線寬》25mil,并盡量避免使用過(guò)孔。
3.8 通過(guò)不同區(qū)域的信號(hào)線(如典型的低速控制/狀態(tài)信號(hào))應(yīng)在一點(diǎn)(首選)或兩點(diǎn)通過(guò)隔離地線。如果走線只位於一面, 隔離地線可走到PCB的另一面以跳過(guò)信號(hào)走線而保持連續(xù)。
3.9 高頻信號(hào)走線避免使用90度角彎轉(zhuǎn),應(yīng)使用平滑圓弧或45度角。
3.10 高頻信號(hào)走線應(yīng)減少使用過(guò)孔連接。
3.11 所有信號(hào)走線遠(yuǎn)離晶振電路。
3.12 對(duì)高頻信號(hào)走線應(yīng)采用單一連續(xù)走線,避免出現(xiàn)從一點(diǎn)延伸出幾段走線的情況。
3.13 DAA電路中,穿孔周圍(所有層面)留出至少60mil的空間。
3.14 清除地線環(huán)路,以防意外電流回饋影響電源。
4. 電源
4.1 確定電源連接關(guān)系。
4.2 數(shù)字信號(hào)布線區(qū)域中,用10uF電解電容或鉭電容與0.1uF瓷片電容并聯(lián)后接在電源/地之間。在PCB板電源入口端和最遠(yuǎn)端各放置一處,以防電源尖峰脈沖引發(fā)的噪聲干擾。
4.3 對(duì)雙面板,在用電電路相同層面中,用兩邊線寬為 200mil的電源走線環(huán)繞該電路。(另一面須用數(shù)字地做相同處理)
4.4 一般地,先布電源走線,再布信號(hào)走線。
5. 地
5.1雙面板中,數(shù)字和模擬元器件(除DAA)周圍及下方未使用之區(qū)域用數(shù)字地或模擬地區(qū)域填充,各層面同類地區(qū)域連接在一起,不同層面同類地區(qū)域通過(guò)多個(gè)過(guò)孔相連:Modem DGND引腳接至數(shù)字地區(qū)域,AGND引腳接至模擬地區(qū)域;數(shù)字地區(qū)域和模擬地區(qū)域用一條直的空隙隔開(kāi)。
5.2 四層板中,使用數(shù)字和模擬地區(qū)域覆蓋數(shù)字和模擬元器件(除DAA);Modem DGND引腳接至數(shù)字地區(qū)域,AGND引腳接至模擬地區(qū)域;數(shù)字地區(qū)域和模擬地區(qū)域用一條直的空隙隔開(kāi)。
5.3 如設(shè)計(jì)中須EMI過(guò)濾器,應(yīng)在接口插座端預(yù)留一定空間,絕大多數(shù)EMI器件(Bead/電容)均可放置在該區(qū)域;未使用之區(qū)域用地區(qū)域填充,如有屏蔽外殼也須與之相連。
5.4 每個(gè)功能模塊電源應(yīng)分開(kāi)。功能模塊可分為:并行總線接口、顯示、數(shù)字電路(SRAM、EPROM、Modem)和DAA等,每個(gè)功能模塊的電源/地只能在電源/地的源點(diǎn)相連。
5.5 對(duì)串行DTE模塊,使用去耦電容減少電源耦合,對(duì)電話線也可做相同處理。
5.6 地線通過(guò)一點(diǎn)相連,如可能,使用Bead;如抑制EMI需要,允許地線在其它地方相連。
5.7 所有地線走線盡量寬,25-50mil。
5.8 所有IC電源/地間的電容走線盡量短,并不要使用過(guò)孔。
6. 晶振電路
6.1 所有連到晶振輸入/輸出端(如XTLI、XTLO)的走線盡量短,以減少噪聲干擾及分布電容對(duì)Crystal的影響。XTLO走線盡量短,且彎轉(zhuǎn)角度不小於45度。(因XTLO連接至上升時(shí)間快,大電流之驅(qū)動(dòng)器)
6.2 雙面板中沒(méi)有地線層,晶振電容地線應(yīng)使用盡量寬的短線連接至器件上離晶振最近的DGND引腳,且盡量減少過(guò)孔。
6.3 如可能,晶振外殼接地。
6.4 在XTLO引腳與晶振/電容節(jié)點(diǎn)處接一個(gè)100 Ohm電阻。
6.5 晶振電容的地直接連接至 Modem的GND引腳,不要使用地線區(qū)域或地線走線來(lái)連接電容和Modem的GND引腳。
7. 使用EIA/TIA-232接口的獨(dú)立Modem設(shè)計(jì)
7.1 使用金屬外殼。 如果須用塑料外殼,應(yīng)在內(nèi)部貼金屬箔片或噴導(dǎo)電物質(zhì)以減小EMI。
7.2 各電源線上放置相同模式的Choke。
7.3 元器件放置在一起并緊靠EIA/TIA-232接口的Connector。
7.4 所有EIA/TIA-232器件從電源源點(diǎn)單獨(dú)連接電源/地。電源/地的源點(diǎn)應(yīng)為板上電源輸入端或調(diào)壓芯片的輸出端。
7.5 EIA/TIA-232電纜信號(hào)地接至數(shù)字地。
針對(duì)模擬信號(hào),再作一些詳細(xì)說(shuō)明:
模擬電路的設(shè)計(jì)是工程師們最頭疼、但也是最致命的設(shè)計(jì)部分,盡管目前數(shù)字電路、大規(guī)模集成電路的發(fā)展非常迅猛,但是模擬電路的設(shè)計(jì)仍是不可避免的,有時(shí)也是數(shù)字電路無(wú)法取代的,例如 RF 射頻電路的設(shè)計(jì)!這里將模擬電路設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問(wèn)題總結(jié)如下,有些純屬經(jīng)驗(yàn)之談,還望大家多多補(bǔ)充、多多批評(píng)指正!。。.
(1)為了獲得具有良好穩(wěn)定性的反饋電路,通常要求在反饋環(huán)外面使用一個(gè)小電阻或扼流圈給容性負(fù)載提供一個(gè)緩沖。
(2)積分反饋電路通常需要一個(gè)小電阻(約 560 歐)與每個(gè)大于 10pF 的積分電容串聯(lián)。
(3)在反饋環(huán)外不要使用主動(dòng)電路進(jìn)行濾波或控制 EMC 的 RF 帶寬,而只能使用被動(dòng)元件(最好為 RC 電路)。僅僅在運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益比閉環(huán)增益大的頻率下,積分反饋方法才有效。在更高的頻率下,積分電路不能控制頻率響應(yīng)。
(4)為了獲得一個(gè)穩(wěn)定的線性電路,所有連接必須使用被動(dòng)濾波器或其他抑制方法(如光電隔離)進(jìn)行保護(hù)。
(5)使用 EMC 濾波器,并且與 IC 相關(guān)的濾波器都應(yīng)該和本地的 0V 參考平面連接。
(6)在外部電纜的連接處應(yīng)該放置輸入輸出濾波器,任何在沒(méi)有屏蔽系統(tǒng)內(nèi)部的導(dǎo)線連接處都需要濾波,因?yàn)榇嬖谔炀€效應(yīng)。另外,在具有數(shù)字信號(hào)處理或開(kāi)關(guān)模式的變換器的屏蔽系統(tǒng)內(nèi)部的導(dǎo)線連接處也需要濾波。
(7)在模擬 IC 的電源和地參考引腳需要高質(zhì)量的 RF 去耦,這一點(diǎn)與數(shù)字 IC 一樣。但是模擬 IC 通常需要低頻的電源去耦,因?yàn)槟M元件的電源噪聲抑制比(PSRR)在高于 1KHz 后增加很少。在每個(gè)運(yùn)放、比較器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的模擬電源走線上都應(yīng)該使用 RC 或 LC 濾波。電源濾波器的拐角頻率應(yīng)該對(duì)器件的 PSRR 拐角頻率和斜率進(jìn)行補(bǔ)償,從而在整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)獲得所期望的 PSRR 。
(8)對(duì)于高速模擬信號(hào),根據(jù)其連接長(zhǎng)度和通信的最高頻率,傳輸線技術(shù)是必需的。即使是低頻信號(hào),使用傳輸線技術(shù)也可以改善其抗干擾性,但是沒(méi)有正確匹配的傳輸線將會(huì)產(chǎn)生天線效應(yīng)。
(9)避免使用高阻抗的輸入或輸出,它們對(duì)于電場(chǎng)是非常敏感的。
(10)由于大部分的輻射是由共模電壓和電流產(chǎn)生的,并且因?yàn)榇蟛糠汁h(huán)境的電磁干擾都是共模問(wèn)題產(chǎn)生的,因此在模擬電路中使用平衡的發(fā)送和接收(差分模式)技術(shù)將具有很好的 EMC 效果,而且可以減少串?dāng)_。平衡電路(差分電路)驅(qū)動(dòng)不會(huì)使用 0V 參考系統(tǒng)作為返回電流回路,因此可以避免大的電流環(huán)路,從而減少 RF 輻射。
(11)比較器必須具有滯后(正反饋),以防止因?yàn)樵肼暫透蓴_而產(chǎn)生的錯(cuò)誤的輸出變換,也可以防止在斷路點(diǎn)產(chǎn)生振蕩。不要使用比需要速度更快的比較器(將 dV/dt 保持在滿足要求的范圍內(nèi),盡可能低)。
(12)有些模擬 IC 本身對(duì)射頻場(chǎng)特別敏感,因此常常需要使用一個(gè)安裝在 PCB 上,并且與 PCB 的地平面相連接的小金屬屏蔽盒,對(duì)這樣的模擬元件進(jìn)行屏蔽。注意,要保證其散熱條件。