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深入浅出谈多层面板布线技巧（1）——双面板
助理工程师
10:46:54　　
& && &&&在当今激烈竞争的电池供电市场中，由于成本指标限制，设计人员常常使用双面板。尽管多层板(4层、6层及8层) 方案在尺寸、噪声和性能方面具有明显优势，成本压力却促使工程师们重新考虑其布线策略，采用双面板。在本文中，我们将讨论自动布线功能的正确使用和错误使用，有无地平面时电流回路的设计策略，以及对双面板元件布局的建议。
自动布线的优缺点以及模拟电路布线的注意事项& && &&&设计PCB 时，往往很想使用自动布线。通常，纯数字的电路板(尤其信号电平比较低，电路密度比较小时)采用自动布线是没有问题的。但是，在设计模拟、混合信号或高速电路板时，如果采用布线软件的自动布线工具，可能会出现一些问题，甚至很可能带来严重的电路性能问题。例如，图1中显示了一个采用自动布线设计的双面板的顶层。此双面板的底层如图2所示，这些布线层的电路原理图如图3a和图3b所示。设计此混合信号电路板时，经仔细考虑，将器件手工放在板上，以便将数字和模拟器件分开放置。
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图 1 采用自动布线为图3所示电路原理图设计的电路板的顶层
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图 2 采用自动布线为图3所示电路原理图设计的电路板的底层
& && &&&采用这种布线方案时，有几个方面需要注意，但最麻烦的是接地。如果在顶层布地线，则顶层的器件都通过走线接地。器件还在底层接地，顶层和底层的地线通过电路板最右侧的过孔连接。当检查这种布线策略时，首先发现的弊端是存在多个地环路。另外，还会发现底层的地线返回路径被水平信号线隔断了。这种接地方案的可取之处是，模拟器件(12位A/D转换器MCPV参考电压源MCP4125)放在电路板的最右侧，这种布局确保了这些模拟芯片下面不会有数字地信号经过。
& && &&&图3a和图3b所示电路的手工布线如图4、图5所示。在手工布线时，为确保正确实现电路，需要遵循一些通用的设计准则：尽量采用地平面作为电流回路；将模拟地平面和数字地平面分开；如果地平面被信号走线隔断，为降低对地电流回路的干扰，应使信号走线与地平面垂直；模拟电路尽量靠近电路板边缘放置，数字电路尽量靠近电源连接端放置，这样做可以降低由数字开关引起的di/dt效应。
& && &&&这两种双面板都在底层布有地平面，这种做法是为了方便工程师解决问题，使其可快速明了电路板的布线。厂商的演示板和评估板通常采用这种布线策略。但是，更为普遍的做法是将地平面布在电路板顶层，以降低电磁干扰。
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图 3a 图1、图2、图4和图5中布线的电路原理图
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图 3b 图1、图2、图4和图5中布线的模拟部分电路原理图
有无地平面时的电流回路设计对于电流回路，需要注意如下基本事项：1. 如果使用走线，应将其尽量加粗。PCB上的接地连接如要考虑走线时，设计应将走线尽量加粗。这是一个好的经验法则，但要知道，接地线的最小宽度是从此点到末端的有效宽度，此处“末端”指距离电源连接端最远的点。2. 应避免地环路。3. 如果不能采用地平面，应采用星形连接策略 (见图6)。通过这种方法，地电流独立返回电源连接端。图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条和第5条准则，是可以这样做的。4. 数字电流不应流经模拟器件。
& && &&&数字器件开关时，回路中的数字电流相当大，但只是瞬时的，这种现象是由地线的有效感抗和阻抗引起的。对于地平面或接地走线的感抗部分，计算公式为V = Ldi/dt，其中V是产生的电压，L是地平面或接地走线的感抗，di是数字器件的电流变化，dt是持续时间。对地线阻抗部分的影响，其计算公式为V= RI, 其中，V是产生的电压，R是地平面或接地走线的阻抗，I是由数字器件引起的电流变化。经过模拟器件的地平面或接地走线上的这些电压变化，将改变信号链中信号和地之间的关系(即信号的对地电压)。
5. 高速电流不应流经低速器件。& && &&&与上述类似，高速电路的地返回信号也会造成地平面的电压发生变化。此干扰的计算公式和上述相同，对于地平面或接地走线的感抗，V = Ldi/dt ；对于地平面或接地走线的阻抗，V = RI 。与数字电流一样，高速电路的地平面或接地走线经过模拟器件时，地线上的电压变化会改变信号链中信号和地之间的关系。
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图 4 采用手工走线为图3所示电路原理图设计的电路板的顶层
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图 5 采用手工走线为图3所示电路原理图设计的电路板的底层
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图 6 如果不能采用地平面，可以采用“星形”布线策略来处理电流回路
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图 7 分隔开的地平面有时比连续的地平面有效，图b)接地布线策略比图a) 的接地策略理想
6. 不管使用何种技术，接地回路必须设计为最小阻抗和容抗。7. 如使用地平面，分隔开地平面可能改善或降低电路性能，因此要谨慎使用。分开模拟和数字地平面的有效方法如图7所示。
图 7中，精密模拟电路更靠近接插件，但是与数字网络和电源电路的开关电流隔离开了。这是分隔开接地回路的非常有效的方法，我们在前面讨论的图4和图5的布线也采用了这种技术。
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13:00:21　　
没有图说明 对于我这样的初学者看起来有点吃力
助理工程师
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没有图说明 对于我这样的初学者看起来有点吃力
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助理工程师
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深入浅出谈多层面板布线技巧（4）——四层板
助理工程师
11:39:12　　
22423&查看
& && && & 多层板的层设置当初困扰了我好几天，就是没搞懂plane和layer的区别。看别人的多层板也没看懂，以为多层板的中间的地平面和电源平面也是应该像双面板那样敷铜来实现，但是别人的多层板文件里面又没有大块的敷铜。按照别人那样设置了层后，在中间的2层根本没法敷铜，pcb布板书籍上也没有讲到多层板的层设置。后来用plane和layer作为关键词百度了一下才搜到一篇文章，搞明白了pcb的正负片之分。本来想把那篇文章转载过来，但又没找到了。还是自己写写，以便和我一样初次做多层板，有一样困惑的人能够search到。
& && && & pcb的制作有正负片之分，正片就是我们平常理解的那样，画线的地方有铜皮，没画线的就没有。负片则是画线的地方没有铜皮，没画线的地方才有铜皮。
& && && &双面板的底层和顶层都是正片做的。在多层板里面，对于地平面和电源平面这样大块铜皮的层，一般用负片在制作，负片的数据量小，只需要将整个平面做一定的切割。正片就是layer，负片就是plane。在protel的层设置里面就有add layer和add plane两种新建层的命令。在正片可以走线，敷铜，放置过孔和元件等，在负片上只能通过画line来切割平面，切割开的每个部分可以单独设置net，不能在负片上走线、敷铜。当然也可以用正片加敷铜来实现地平面和电源平面，但是无疑负片更适合，数据量更小，pcb工厂也方便加工，添加过孔后也不用rebuild。敷铜的每一个改变都需要rebuild，使得软件运行速度很慢。
乱七八糟的说了这么多，总结起来就一句话，多层板的电源层和地层用plane，信号层用layer。
& && && & 选用四层板不仅是电源和地的问题，高速数字电路对走线的阻抗有要求，二层板不好控制阻抗。33R电阻一般加在驱动器端，也是起阻抗匹配作用的；布线时要先布数据地址线，和需要保证的高速线；　　在高频的时候，PCB板上的走线都要看成传输线。传输线有其特征阻抗，学过传输线理论的都知道，当传输线上某处出现阻抗突变(不匹配)时，信号通过就会发生反射，反射对原信号造成干扰，严重时就会影响电路的正常工作。采用四层板时，通常外层走信号线，中间两层分别为电源和地平面，这样一方面隔离了两个信号层，更重要的是外层的走线与它们所靠近的平面形成称为“微带”(microstrip) 的传输线，它的阻抗比较固定，而且可以计算。对于两层板就比较难以做到这样。这种传输线阻抗主要于走线的宽度、到参考平面的距离、敷铜的厚度以及介电材料的特性有关，有许多现成的公式和程序可供计算。
　　33R电阻通常串连放在驱动的一端(其实不一定33欧，从几欧到五、六十欧都有，视电路具体情况) ，其作用是与发送器的输出阻抗串连后与走线的阻抗匹配，使反射回来(假设解收端阻抗没有匹配) 的信号不会再次反射回去(吸收掉)，这样接收端的信号就不会受到影响。接收端也可以作匹配，例如采用电阻并联，但在数字系统比较少用，因为比较麻烦，而且很多时候是一发多收，如地址总线，不如源端匹配易做。
　　这里说的高频，不一定是时钟频率很高的电路，是不是高频不止看频率，更重要是看信号的上升下降时间。通常可以用上升(或下降) 时间估计电路的频率，一般取上升时间倒数的一半，比如如果上升时间是1ns，那么它的倒数是1000MHz，也就是说在设计电路是要按500MHz的频带来考虑。有时候要故意减慢边缘时间，许多高速IC其驱动器的输出斜率是可调的.& && & 下就以四层板设计为例，阐述多层板布线时所应该注意的事项&&1、 3点以上连线，尽量让线依次通过各点，便于测试，线长尽量短。
2、 引脚之间尽量不要放线，特别是集成电路引脚之间和周围。
3、 不同层之间的线尽量不要平行，以免形成实际上的电容。
4、 布线尽量是直线，或45度折线，避免产生电磁辐射。 　
5、 地线、电源线至少10-15mil以上（对逻辑电路）。 　　
6、 尽量让铺地多义线连在一起，增大接地面积。线与线之间尽量整齐。 　
7、 注意元件排放均匀，以便安装、插件、焊接操作。文字排放在当前字符层，位置合理，注意朝向，避免被遮挡，便于生产。 　　
8、 元件排放多考虑结构，贴片元件有正负极应在封装和最后标明，避免空间冲突。 　　
9、 目前印制板可作4—5mil的布线，但通常作6mil线宽，8mil线距，12/20mil焊盘。布线应考虑灌入电流等的影响。 　
10、功能块元件尽量放在一起，斑马条等LCD附近元件不能靠之太近。 　
11、过孔要涂绿油（置为负一倍值）。 　
12、电池座下最好不要放置焊盘、过空等，PAD和VIL尺寸合理。 　
13、布线完成后要仔细检查每一个联线（包括NETLABLE）是否真的连接上（可用点亮法）。 　　14、振荡电路元件尽量靠近IC，振荡电路尽量远离天线等易受干扰区。晶振下要放接地焊盘。 　　
15、多考虑加固、挖空放元件等多种方式，避免辐射源过多。 　
16、设计流程： 　　
A：设计原理图；B：确认原理；C：检查电器连接是否完全；D：检查是否封装所有元件，是否尺寸正确；E：放置元件；F：检查元件位置是否合理（可打印1：1图比较）；G：可先布地线和电源线；H：检查有无飞线（可关掉除飞线层外其他层）； I：优化布线；J：再检查布线完整性；K：比较网络表，查有无遗漏；L：规则校验，有无不应该的错误标号；M：文字说明整理；N：添加制板标志性文字说明；O：综合性检查 结束语：四层板的两个中间层实际上多用做电源层和地层，注意电源、地平面的安排，电源、地就近打过孔与电源、地平面相连。
助理工程师
11:57:46　　
多层板一定要做到横平竖直，也就是说，顶层水平布线，则第二信号层或第三信号层要垂直布线。
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还是学习中.。。
头像被屏蔽
14:31:30　　
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14:44:07　　
学习，4层板到目前为止还没画过。
23:23:38　　
nice 非常好，解决了我这个初学者的痛苦。
23:23:49　　
nice 非常好，解决了我这个初学者的痛苦。
助理工程师
19:30:41　　
23:08:07　　
还没有画过四层板&&学习下
18:14:45　　
好东西，正在学习中
11:38:31　　
nice 非常好，解决了我这个初学者的痛苦
助理工程师
22:27:04　　
感谢楼主分享！！！！！！！！！！
09:27:06　　
刚现在流行卡住了看看
15:21:43　　
还没画过四层板，学习了& && && && && &
助理工程师
15:01:12　　
& && && && && && & 谢谢分享
15:06:23　　
写的挺好的
08:55:07　　
我也是初学者，学习学习！！！！！！！！！！
22:55:55　　
楼主高手，谢谢分享，很有感悟
09:47:48　　
谢谢大神分享，学习了，很有感悟
15:57:23　　
楼主大神， 谢谢分享
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