高效PCB自动布线的设计技巧和关键点

1。接线宽度和电流

一般宽度不应小于0.2mm（8mil）

高密度，高精度PCB，间距和线宽通常为0.3mm（12mil）。

当铜箔厚度约为50um时，线宽为1~1.5 mm（60mil）= 2A

公共场所一般为80mil，这对于使用微处理器的应用来说更为重要。

2。高速电路板有多高？

当信号的上升/下降沿时间是信号传输时间的<3~6倍时，它被认为是一种高速信号。

对于数字电路，关键是要观察信号边缘的陡度，即上升和下降时间信号。

根据一本非常经典的书“高速数字设计”的理论，信号从10％上升到90％不到6倍于线延迟，这是一个高速信号！------即使是8KHz的方波信号，只要边缘足够陡峭，就是高速信号，而传输线理论接线需要。

3。 PCB堆叠和分层

为了获得更好的电磁兼容性设计，多层印刷电路板在正常运行期间可以满足电磁兼容性和灵敏度标准。适当的堆叠有助于屏蔽和抑制EMI。在多层印刷电路板的分层和堆叠中通常遵循以下基本原则：

（ 1 ） 电源层应尽可能靠近地平面，并应低于地平面。

（ 2 ） 布线层应邻近布置图像平面层。

（ 3 ） 功率和地层阻抗最低。

（ 4 ） 在中间层形成一条带状线，并且在表面上形成微带线。这两者的特征是不同的。

（ 5 ） 重要的信号线应该接近地面。

多重的一个非常重要的优势普通双层板和单层板上的层板是信号线和电源可以分布在不同的板层上，以提高信号隔离和抗干扰性能。然而，许多工程师仍然对PCB的分层和堆叠感到头疼，以常用的4层板为例。

四层板具有以下堆叠顺序。以下说明各种堆栈的优缺点：

注：S1信号布线层，S2信号布线层2; GND接地层POWER电源层

在第一种情况下，它应该是四层电路板的最佳情况。由于外层是接地层，它对EMI有屏蔽作用，电源层靠近接地层也很可靠，因此电源的内阻很小，可以得到最好的郊区水果。但是，当电路板的密度相对较大时，不能使用第一种情况。因此，不能保证第一层的完整性，并且第二层信号将变得更糟。此外，这种结构不能用于整板功耗相对较大的情况。

第二种情况是我们通常使用的最常见的方式。从电路板的结构来看，它不适合高速数字电路设计。因为在这种配置中，难以保持低电源阻抗。以2 mm的板为例：Z0 = 50欧姆是必需的。线宽为8密耳。铜箔的厚度为35μm。因此，地面和地面之间的信号层中间为0.14mm。形成和功率层为1.58mm。这极大地增加了电源的内阻。在这种结构中，由于辐射是空间的，因此需要增加屏蔽板以降低EMI。

在第三种情况下，S1层的信号线质量最佳。 S2排名第二。它对EMI有屏蔽作用。但是，电源阻抗很大。当整个电路板的功耗很大且电路板是干扰源或接近干扰源时，可以使用该电路板。

 4。阻抗匹配

反射电压信号的幅度由源反射系数ρs和负载反射系数ρL决定。

ρ L =（RL - Z0）/（RL + Z0）和ρS=（RS - Z0）/（RS + Z0）

在上面的公式中，如果RL = Z0，负载反射系数ρL= 0.如果RS = Z0源反射系数ρS= 0。

由于普通传输线阻抗Z0通常应满足约50Ω的50Ω要求，因此负载阻抗通常在几千欧姆到几十千欧姆的范围内。因此，难以在负载侧实现阻抗匹配。但是，由于信号源（输出）阻抗通常较小，因此大约为十几欧姆。因此，在源处实现阻抗匹配要容易得多。如果电阻器与负载并联连接，电阻器将吸收一些信号，这将不利于传输（我明白）。选择TTL/CMOS标准24mA驱动电流时，输出阻抗约为13Ω。如果传输线阻抗Z0 =50Ω，则应添加33Ω源端接电阻。 13Ω+33Ω=46Ω（约50Ω，弱欠阻尼有助于信号建立时间）

当选择其他传输标准和驱动电流时，匹配阻抗会有所不同。在高速逻辑和电路设计中，对于某些关键信号，如时钟，控制信号等，我们建议添加源侧匹配电阻。

这样，信号也从负载端反射回来。由于源阻抗匹配，反射信号不会被反射回来。

5 。电源线和接地线布局注意事项

电源线尽可能短，笔直，最好是树形，不要走环

接地回路问题：对于数字电路，接地回路引起的接地回路为几十毫伏，而TTL抗干扰门限为1.2V，CMOS电路可达到1/2电源电压。也就是说，接地回路循环不会对电路的运行产生不利影响。相反，如果地线未闭合，则问题会更大，因为数字电路产生的脉冲电源电流将导致每个点的地电位不平衡。例如，当逆变器为1.2A时，我反向测量74LS161的接地电流。 2Gsps示波器测量的地电流脉冲宽度为7ns）。在大脉冲电流的影响下，如果使用分布式地线（线宽25密耳），地线之间每个点的电位差将达到100毫伏的水平。在使用接地回路之后，脉冲电流扩展到地线的各个点，这大大降低了干扰电路的可能性。对于闭合的地线，每个设备的地面的最大瞬时电位差被测量为未闭合地面的一半到五分之一。当然，具有不同密度和不同速度的电路板的测量数据是非常不同的。我上面说过，它指的是附着在protel 99SE上的Z80演示板的水平。对于低频模拟电路，我认为接地线闭合后的电源频率。从空间感测干扰，无论如何都不会模拟或计算干扰。如果地线未闭合，则不会发生接地涡流。 Beckhamtao说，“但地线是开路的，工频感应电压会更大。”理论基础和两个例子，我在7年前接管了其中一个。该项目的精密压力表采用14位A/D转换器，但实际测量只有11个有效精度。经过调查，地面有15mVp-p的工频干扰。解决方案是模拟PCB的接地回路。刮擦，A/D地线的前端传感器由飞线分布。后来，大规模生产的模型PCB根据飞行线重新生产，到目前为止没有问题。第二个例子，朋友喜欢发烧，DIY一个功放，但输出总是有嗡嗡声，我建议它切断地面循环，问题解决了。之后，这名男子回顾了数十个“Hi-Fi机器”PCB图，确认没有机器在模拟部件中使用接地回路。

6。印刷电路板设计原则和抗干扰措施

印刷电路板（PCB）是对电子产品中电路元件和器件的支持。它提供电路组件和设备之间的电气连接。随着电力技术的快速发展，PGB的密度越来越高。 PCB设计的质量对干扰能力有很大影响。因此，在PCB设计中，必须遵守PCB设计的一般原则，并且应满足抗干扰设计的要求。

7 。接线

接线原理如下：

（1）使用的电线应尽可能避免输入和输出端子。最好在导线之间添加接地线以避免反馈。

（2）印刷光导线的最小宽度主要由通过导线和绝缘基板之间的粘合强度和流过它们的电流值。当铜箔的厚度为0.05mm，宽度为1~15mm时，通过2A的电流，电流不会超过3℃。因此，1.5mm的线宽可以满足要求。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选择0.02至0.3mm的线宽。当然，只要允许，尽可能使用宽线，尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路，尤其是数字电路，只要工艺允许，间距可以小到5到8 mm。

（3）印刷导体的弯曲角通常呈圆弧形，直角或角度影响高频电路中的电性能。另外，尽量避免使用大面积的铜箔，否则很容易导致铜箔在长时间加热时膨胀和脱落。当使用大面积的铜箔时，优选使用网格形状。这有利于消除铜箔和基板之间粘合剂热量产生的挥发性气体。

 8。焊盘

焊盘的中心孔略大于器件引线的直径。焊盘太大而不能形成焊点。垫外径D通常不小于（d + 1.2）mm，其中d是引导孔。对于高密度数字电路，最小焊盘直径可以是（d + 1.0）mm。

PCB和电路抗干扰措施

 印刷电路板的抗干扰设计与具体电路密切相关。这里仅解释了PCB抗干扰设计的一些常用测量方法。

9。解除电容器配置

PCB设计的一个常见做法是在印刷电路板的各个关键点配置适当的去耦电容。

解捻电容器的一般配置原则是：

（ 1）电源输入端子连接到10~100 uf的电解电容器。如果可能的话，最好选择100uF或更多。

（2）原则上，每个集成电路芯片应配备一个0.01pF的陶瓷电容器。如果印刷电路板上没有足够的空间，则每4~8个芯片可以安排1~10pF的电容。

（3）对于抗噪声较弱的设备在关机期间能力和大电源变化，如RAM和ROM存储设备，去耦电容应直接连接在电源线和芯片的地之间。

（ 4）电容器引线不应太长，特别是高频旁路电容器不得有引线。

此外，还应注意以下两点：

（1）当印刷电路板上有触点，继电器，按钮和其他元件时，操作时会发生大火花放电，并且RC电路如图所示必须使用图纸来吸收放电电流。一般情况下，R需要1~2K，C需要2.2~47UF。

（2）CMOS的输入阻抗很高，易受感应。因此，在使用过程中必须将电源接地或连接到未使用的端子。

10。高效PCB自动布线的设计技巧和关键点

尽管当前的EDA工具非常强大，但随着PCB尺寸要求变小和器件密度的增加越来越高，PCB设计并不困难。如何实现高PCB布局并缩短设计时间？本文介绍了PCB规划，布局和布线的设计技巧和要点。如今PCB设计越来越短，越来越小的电路板空间，更高的器件密度，极其苛刻的布局规则和大尺寸元件使设计人员的工作更加困难。为了解决设计难题并加快市场推出，许多制造商现在更喜欢使用专用的EDA工具来实现PCB设计。