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(jì)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(cuò)誤使用，有無地平面時(shí)電流回路的設(shè)計(jì)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(jì)PCB 時(shí)，往往很想使用自動布線。通常，純數(shù)字的汽車線路板(尤其信號電平比較低，電路密度比較小時(shí))采用自動布線是沒有問題的。但是，在設(shè)計(jì)模擬、混合信號或高速電路板時(shí)，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(gè)采用自動布線設(shè)計(jì)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(jì)此混合信號電路板時(shí)，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。

采用這種布線方案時(shí)，有幾個(gè)方面需要注意，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汽車線路板最右側(cè)的過孔連接。當(dāng)檢查這種布線策略時(shí)，首先發(fā)現(xiàn)的弊端是存在多個(gè)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。

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，使其可快速明了汽車線路板的布線。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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的電路板的底層

圖 3a 圖1、圖2、中布線的電路原理圖

圖 3b 圖1、圖2、中布線的模擬部分電路原理圖

有無地平面時(shí)的電流回路設(shè)計(jì)

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(shí)，設(shè)計(jì)應(yīng)將走線盡量加粗。這是一個(gè)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。

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(shí)，回路中的數(shù)字電流相當(dāng)大，但只是瞬時(shí)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(jì)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(shí)間。對地線阻抗部分的影響，其計(jì)算公式為V= RI, 其中，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。

結(jié)語

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(shí)，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。