簡(jiǎn)述PCB雙層板布線技巧_高都電子PCB技術(shù)中心_pcb學(xué)院PCB

在電池供電產(chǎn)品之高度競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)中，當(dāng)考慮目標(biāo)成本時(shí)總是要求設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)中使用雙層電路板。雖然多層板（四層、六層以及八層）的解決方式無(wú)論在尺寸、噪聲，以及性能上都可以做得更好，但成本壓力迫使工程師必須盡量使用雙層板。在本文中將討論使用或不用自動(dòng)布線、有或沒有接地面的電流返回路徑的概念，以及關(guān)于雙層板零件的布置方式。

　　使用自動(dòng)布線器來設(shè)計(jì)印刷電路板（PCB）是吸引人的。大多數(shù)的情形下，自動(dòng)布線對(duì)純數(shù)字的電路（尤其是低頻率信號(hào)且低密度的電路）的動(dòng)作不至于會(huì)有問題。但當(dāng)嘗試使用布線軟件提供的自動(dòng)布線工具做模擬、混合訊號(hào)或高速電路的布線時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)一些問題，而且有可能造成極嚴(yán)重的電路性能問題。
　　關(guān)于布線有許多要考慮的事項(xiàng)，但較為困擾的問題是接地方式。假使接地路徑是由上層開始，每個(gè)裝置的接地皆經(jīng)由在該層上的拉線連接到地線。對(duì)下層的每個(gè)裝置而言，是由電路板右邊的貫孔連接到上層而形成接地回路。使用者在檢查布線方式時(shí)會(huì)看到的立即紅色旗標(biāo)表示存在多個(gè)接地回路。此外，下層的接地回路被一條水平信號(hào)線隔斷。這個(gè)接地結(jié)構(gòu)的可取之處只在于模擬裝置（MCP3202；12-bit AD轉(zhuǎn)換器與 MCP4125；2.5V參考電壓） 是集中在電路板的右邊。該布置可以確保數(shù)字接地訊號(hào)不會(huì)從這些模擬芯片下經(jīng)過。
　　使用人工布線，要遵守下列的設(shè)計(jì)指南以確保良好的效果：
　　●將接地設(shè)計(jì)成一個(gè)接地面作為電流返回路徑。
　　●將模擬接地面與數(shù)字接地面隔開。
　　●如果無(wú)法避免信號(hào)走線與接地放在同一層，將信號(hào)線與接地線設(shè)計(jì)成相互垂直以降低信號(hào)線對(duì)接地電流回路產(chǎn)生的干擾。
　　●將模擬電路放在電路板的旁邊，數(shù)字電路系統(tǒng)放在最靠近電源處?？山档蛿?shù)字切換δi/δt對(duì)模擬電路造成的影響。
　　但須注意的是，這兩片雙層板在電路板的下層都有一個(gè)接地面。如此設(shè)計(jì)是為了讓工程師在做故障排除時(shí)可以迅速地看到布線，此種方式常出現(xiàn)在裝置制造商的示范與評(píng)估板上。但更典型的做法是在電路板的上層鋪上接地面，以降低電磁干擾（EMI）。

　　接地面的電流返回路徑的有無(wú)
　　處理電流返回路徑時(shí)，應(yīng)該要考慮的基本問題是：
　　(1)假使只使用拉線當(dāng)?shù)鼐€，盡可能加寬拉線﹔而如果考慮只用拉線作為電路板的接地線，拉線應(yīng)該要盡可能的寬。拇指大是很好的標(biāo)準(zhǔn)，但也必須知道接地線的最小寬度是指拉線從該點(diǎn)到末端的有效銅箔寬度，在此「末端」的定義是指離電源連接最遠(yuǎn)的一點(diǎn)。
　　(2)避免形成封閉的接地回路。
　　(3)如果沒有接地面，可使用星形連接方式。
　　
　   如果無(wú)法設(shè)計(jì)成接地面，電流返回路徑可用「星形」布線方式來處理
　　以此種方式，每種裝置的接地電流單獨(dú)返回到電源端。使用者會(huì)發(fā)現(xiàn)圖五中并非所有裝置都有自己的返回路徑。U1與U2共享返回路徑，允許這樣做的先決條件是須符合下列設(shè)計(jì)所需注意之要點(diǎn)。

　　勿使數(shù)字電路通過模擬裝置。
　　數(shù)字電路在切換期間會(huì)在地回路上形成相當(dāng)大的電流但其時(shí)間很短。此種現(xiàn)象是由于接地回路的等效電感與電阻而造成。接地面或地線的電感部份，將產(chǎn)生V＝Lδi/δt的壓降，L是接地面或地線的等效電感，δi是來自數(shù)字裝置電流的改變而δt是電流變化的時(shí)間。計(jì)算接地面或地線等效電阻部份造成的電壓變化是V＝RI，R是接地面或地線的等效電阻，I是數(shù)字裝置的電流變化。這種接地面或地線的電壓變化將影響模擬裝置輸入端與接地間之正常信號(hào)。

　　勿使高速電流通過低速裝置
　　高速電路的接地返回信號(hào)在接地面上的變化有類似以上所述的效果，決定這個(gè)干擾效果的公式是：對(duì)接地面或地線等效電感而言V＝Lδi/δt，而對(duì)接地面或地線等效電阻而言V＝RI。當(dāng)數(shù)字電路或高速電路的接地面或地線穿越過模擬裝置的拉線時(shí)，會(huì)造成模擬裝置輸入端與接地間信號(hào)的改變。不論使用何種技術(shù)，必須設(shè)計(jì)使得接地返回路徑的等效電阻與電感為最小。如果使用接地面，切斷接地面可能增進(jìn)或降低電路的性能，需小心使用。
　　有時(shí)連續(xù)接地面的效果較被隔開的接地面差。在此圖(a)中顯示出的接地布線方式較(b)中所示效果為差。
　　精確的模擬與連接器較接近，但它與數(shù)字電路以及來自電源供應(yīng)電路的切換電流隔絕。此為一種能有效使接地返回路徑分隔的方式。該技術(shù)也用于之前圖三與圖四中討論的布線中。

　　結(jié)論
　　探討與布線相關(guān)的技術(shù)時(shí)，兩種問題將會(huì)被討論：一為假使管理階層不能使用雙層板或接地面，但仍需要降低電路中的噪聲時(shí)怎么辦？以及要如何設(shè)計(jì)符合接地面需求的電路？一般而言，解決之道為告知管理階層，如果想達(dá)到可靠的電路性能，接地面是必要的。使用接地面的主要理由是接地阻抗低，并可降低一定程度的 EMI。但假使因成本限制而讓使用者無(wú)法達(dá)到所需，本文提供的一些建議，例如星形網(wǎng)絡(luò)以及正確的電流返回路徑，亦能稍微減低電路噪聲。