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            PCB布線設計與測試

            日期:2021-10-03 20:34
            瀏覽次數:2529
            摘要:
            PCB布線設計與測試(一)

             

            自動布線的優缺點以及模擬電路布線的注意事項

              
            設計PCB時,往往很想使用自動布線。通常,在設計模擬、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,可能會出現一些問題,甚至很可能帶來嚴重的電路性能問題。純數字的電路板(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。
              例
            如,圖1中顯示了一個采用自動布線設計的雙面板的頂層。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。設計此混合信號電路板時,經仔細考慮,將器件手工放在板上,以便將數字和模擬器件分開放置。

              采用這種布線方案時,有幾個方面需要注意,但*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*右側的過孔連接。當檢查這種布線策略時,首先發現的弊端是存在多個地環路。另外,還會發現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轉換器MCP3202和2.5V參考電壓源MCP4125)放在電路板的*右側,這種布局確保了這些模擬芯片下面不會有數字地信號經過。

              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,為確保正確實現電路,需要遵循一些通用的設計準則:盡量采用地平面作為電流回路;將模擬地平面和數字地平面分開;如果地平面被信號走線隔斷,為降低對地電流回路的干擾,應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,數字電路盡量靠近電源連接端放置,這樣做可以降低由數字開關引起的di/dt效應。

              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。

             


            圖1 采用自動布線為圖3所示電路原理圖設計的電路板的頂層

             


            圖2 采用自動布線為圖3所示電路原理圖設計的電路板的底層

             


            圖3a 圖1、圖2、圖4和圖5中布線的電路原理圖

             


            圖3b 圖1、圖2、圖4和圖5中布線的模擬部分電路原理圖

             

             

            有無地平面時的電流回路設計

             

              對于電流回路,需要注意如下基本事項:

              1. 如果使用走線,應將其盡量加粗,每個走線盡量都需要有測試的PAD點

              PCB上的接地連接如要考慮走線時,設計應將走線盡量加粗。這是一個好的經驗法則,但要知道,接地線的*小寬度是從此點到末端的有效寬度,此處“末端”指距離電源連接端*遠的點。

              2. 應避免地環路
            PCB布線設計與測試

              3. 如果不能采用地平面,應采用星形連接策略(見圖6)

              通過這種方法,地電流獨立返回電源連接端。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條準則,是可以這樣做的。

              4. 數字電流不應流經模擬器件

              數字器件開關時,回路中的數字電流相當大,但只是瞬時的,這種現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是產生的電壓,L是地平面或接地走線的感抗,di是數字器件的電流變化,dt是持續時間。對地線阻抗部分的影響,其計算公式為V= RI, 其中,V是產生的電壓,R是地平面或接地走線的阻抗,I是由數字器件引起的電流變化。經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系(即信號的對地電壓)。

              5. 高速電流不應流經低速器件

              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 。與數字電流一樣,高速電路的地平面或接地走線經過模擬器件時,地線上的電壓變化會改變信號鏈中信號和地之間的關系。

             


            圖4 采用手工走線為圖3所示電路原理圖設計的電路板的頂層

             


            圖5 采用手工走線為圖3所示電路原理圖設計的電路板的底層

             


            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

             


            圖7 分隔開的地平面有時比連續的地平面有效,圖b)接地布線策略比圖a) 的接地策略理想

             

              6. 不管使用何種技術,接地回路必須設計為*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,因此要謹慎使用
                      且盡量讓元件平均分配,這樣讓PTI816 在線測試機壓的平,測試就會比較穩定

              分開模擬和數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,但是與數字網絡和電源電路的開關電流隔離開了。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。
            PCB布線設計與測試


            在當今激烈競爭的電池供電市場中,由于成本指標限制,設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勢,成本壓力卻促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計策略,以及對雙面板元件布局對電路板測試ICT及FCT測試需求的測試點的建議

            粵公網安備 44030602001522號

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