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詳解PCB布線的基本原則與操作方法
發布日期:2017-06-07    點擊:1761
 隨著高速理論的飛速發展,pcb走線已經不能看作簡單的互連載體了,而是要從傳輸線理論來分析各種分布參數帶來的影響。分布參數電路是必須考慮電路元件參數分布性的電路。參數的分布性指電路中同一瞬間相鄰兩點的電位和電流都不相同。這說明分布參數電路中的電壓和電流除了是時間的函數外,還是空間坐標的函數。同時pcb的復雜度和密度也同時在不斷的增加,從鋪銅的通孔設計,到微孔設計,再到多階埋盲孔設計,現在還有埋阻、埋容、埋藏器件設計等,高密度給pcb布線帶了極大困難的同時,也需要pcb設計工程師更加深入的了解pcb生產加工流程和其工藝參數。
 
布線方式分為自動布線和手動布線,自動布線目前在很多方面不能滿足硬件工程師高標準的要求,所以一般是手動布線來實現的。
 布線中的DFM要求 
1、孔
機械鉆孔常規推薦8mil以上,極限6mil,盡量保證厚徑比一般在10:1,厚徑比越高越難加工。器件孔環寬單邊至少8mil,過孔環寬單邊至少4mil,加工廠商會在cam處理時自動優化,阻焊開窗為單邊50um。
同一網絡的過孔間距可以為6mil。不同網絡過孔間距為275um,不同網絡器件孔間距為425um。
制作是鉆頭一般比原稿孔大150um,鉆頭以0.05mm遞增,更大的鉆頭,會以0.1mm遞增。然后通過孔化,電鍍滿足最終的成品孔徑要求。
非金屬化鉆孔到板邊的間距150um即不會破孔,常規邊框公差。金屬化的鉆孔到板邊至少10mil。
2、ETCH
0.5oz的銅厚,最細線寬可以做到3mil,最小間距2mil。
1oz的銅厚最細線寬3.5mil,最小間距4mil
2oz銅厚最細線寬4mil,最小間距5.5mil。
內電層避銅至少20mil。
小的分立器件,兩邊的走線要對稱。
SMT焊盤引腳需要連接時,應從焊腳外部連接,不允許在焊腳內部連接。
對于SMT焊盤在大面積鋪銅時需要花焊盤連接。
ETCH線分布均勻,防止加工后翹曲。
布線中電氣特性要求
1、阻抗控制以及阻抗連續性
避免銳角、直角走線。
關鍵信號布線盡量使用較少的的過孔。
高速信號線適當考慮圓弧布線
2、串擾或者EMC等其他干擾的控制要求
高速信號與低速信號要分層分區布線
數字信號與模擬信號一號分層分區布線
敏感信號與干擾信號分層分區布線
時鐘信號要優先走在內層
在功率電感,變壓器等感性器件的投影區下方不要走線鋪銅。(由于線圈間會有寄生電容,與其電感產生并聯諧振,因此會有SRF,而SRF與EPC有關,因此EPC越小越好,即可確保電感性的頻率范圍越廣。而SRF需至少為DC-DC Converter切換頻率的十倍,例如若切換頻率為 1.2MHz,則SRF至少需 12MHZ。因此Layout 時,其功率電感下方要挖空,不要有金屬,避免產生額外的EPC,導致電感性的頻率范圍縮減)
關鍵信號要布在優選層,以地為參考平面
關鍵信號考慮使用包地處理。
任何信號,包括信號的回流路徑,都要避免形成環路,這是EMC設計的重要原則之一。
 高速布線的3w原則
拓撲結構和時序要求
 滿足時序要求是系統能正常穩定工作的關鍵,時延控制反應到pcb設計上就是走線的等長控制,繞等長甚至已經成為布線工程師掛在嘴邊你的一個術語。時序設計也是非常復雜的系統要求,pcb設計工程師不僅要會繞等長,還要真正理解等長后面的時序要求。
電源以及功率信號的布線要求
電源入口電路要做好防護后濾波原則
芯片及其濾波電容的引腳要盡量短粗,儲能電容要多打孔,減小布線帶來的安裝電感
考慮安規要求,電源網絡壓差較大時需要遠離,高壓網絡插件引腳和過孔需要做挖空處理
布線中的散熱考慮
電子設計還有一個重要的趨勢,就是電壓下降,功耗提升,pcb布線作為板極熱設計的重要組成部分,也就因此變得更加重要。必要的時候,需要使用相關的電、熱仿真工具來輔助進行熱設計。
嚴格計算布線通道,滿足載流要求。
還要關注過孔的載流能力,合理規劃過孔數量和位置。
發熱量大的芯片下方有空的位置可以大面積加地鋪銅,并添加地孔來加強散熱。
大功率發熱量大的器件的投影區內,在所有層不要走高速線和敏感信號線。
大電流電源,如果其布線路徑補覺長時,需要加強其布線通道來減少熱損耗。
已經添加有散熱焊盤的發熱器件,在散熱焊盤上添加過孔來加強散熱。
布線總結
PCB布線是一個系統的工程,設計工程師需要具備多學科的綜合知識,同時還要有較強的分析處理能力,綜合各方面需要取得較好的平衡。
 
PCB設計不是神話,不是黑盒子,也沒有放之四海而皆準的方法,所有合理的規范要求,背后都能找到真實的理論制程,平常工作中多想,多問,多學,這才是成為高手之路。
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