- PCB的疊層設計經(jīng)驗法則
- 電源和地的規(guī)劃
- 機框?qū)拥氖褂?/strong>
- 選擇走線尺寸
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印刷電路板的疊層用于具體說明電路板層的安排。它詳細指定了哪一層是完整的電源和地平面，基板的介電常數(shù)以及層與層的間距。當規(guī)劃一個疊層的時候，也要計算走線尺寸和最小走線間距。生產(chǎn)限制會嚴重地影響疊層，通常，電路的走線密度越大，每一英雨的生產(chǎn)成本就會越高。本文將詳述規(guī)劃疊層的一些基本的經(jīng)驗法則。
1、電源和地的規(guī)劃
首先設計電源和地層。規(guī)劃一個電源和地系統(tǒng)時，首先要確定信號的上升時間，信號的數(shù)量，以及電路板的物理尺寸。
在物理尺寸中包括推測走線的寬度。在這一階段，走線寬度的假設并不是特別嚴格。
下一步，利用完整的、平行的和指狀的地平面模型估計自感和互感。此時，通過已經(jīng)清楚了哪個模型更適合設計。注意，對于指狀的地模型，所有的走線都相互影響。此時通常已經(jīng)清楚了哪個模型更適合設計。注意，對于指狀的地模型，所有的走線相互影響。對于平行的模型，沿著同一平行柵格由放的走線相互影響。對于完整的地平面模型，只有相鄰的走線相互影響。
如果要使用一個完整的地平面，應安排地和電源平面成對使用。在一個疊層設計中，完整平面對稱使用。可以幫助避免電路板的變形。如果一個板子只有一個完整平面，偏一側(cè)，則將使板子明顯變形。
如同地平面一樣，電源平面可以作為信號返回電流的低電感路徑。假設在電源和地之間有足夠的旁路電容，傳輸線躍起在電源平面上的布線，與電源地平面上的布線方法相同。帶狀傳輸線的布線可以在一個電源層和一個地層之間，或在兩個電源層之間。
2、機框?qū)?br />
有時候需要在數(shù)字系統(tǒng)之外走一個信號。對于這種應用，可以選擇一個低速或上升時間受控的驅(qū)動器。這是一個好的選擇，因為它減少了外部的輻射，對于滿足FCC的規(guī)定會有所幫助。
如果驅(qū)動器的地連接到通常的數(shù)字邏輯地上，有效的驅(qū)動輸出等于它的設計驅(qū)動電壓加上任何出現(xiàn)在數(shù)字邏輯地上的噪聲電壓，如圖1所示。
如果沒有其他的預防手段，上升時間受控的驅(qū)動器會顯著地拾取地噪聲并在機箱外廣播。
解決這個問題的一種方法是在疊層中加入一個機框平面。這一平面緊貼一個接地平面，使時間受控的驅(qū)動器附近，沿著一個連續(xù)的軸線，將機械平面通過螺絲釘焊接或熔接到外部機框，在高頻部分，我們已經(jīng)有效地把數(shù)字接地一面短接到機框。這樣，在這個點上就減少了數(shù)字噪聲的數(shù)量，也減少了上升時間受控的驅(qū)動器傳到外部的噪聲。
因為普通電容的引腳電感太大，所以不能用它們實現(xiàn)機框地和數(shù)字地之間的短路功能。只有在機框平面和數(shù)字地平面之間有非常大的寬而平行的表面面積，才有足夠低的電感，從而有效地把兩個平面答非所問在一起。
采用機框平面方式，在低頻部分，數(shù)字邏輯和外部的機框保持著隔離，對于安全或其他方面，這都是非常必要的，如果隔離無關緊要，簡單地直接把數(shù)字邏輯地短接到機框即可，而不必使用一個單獨的機框?qū)印?br />
連接過程可以沿著受控的驅(qū)動附近的連續(xù)軸線，通過螺絲釘焊接或熔接到外部機框來完成。
當使用一個機框平面的時候，在疊層中要和其他一些完整平面均衡使用。因為機械原因，在疊層中總是傾向于對稱地安排平面。
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3、選擇走線尺寸
把走線盡量擠在一起可以增加電路密度。非常密集的設計只需要較少的電路板層。既然印刷電路板費用與層的數(shù)目和板子的表面面積成正比，所以我們總是希望能夠使用最少的層數(shù)來達到這個目的。
走線越細，間隔越近，產(chǎn)生的串擾就越多，所能輸送的功率也就越小，這種在串擾、走線密度和功率之間的權衡，對低成本的產(chǎn)品設計非常關鍵。
讓我們首先來處理功率輸送能力的問題，因為這個約束條件最簡單。
印刷電路走線的功率輸送能力主要取決于它的橫截面面積和容許的上升溫度。對于一個給定的橫截面面積，一條走線上高于環(huán)境的溫度的粗略地與它耗散的功率成正比。升溫在高是不可靠的，而且會使附近的數(shù)字電路變熱。在數(shù)字產(chǎn)品中，保守的走線加熱上限是10℃。
圖2描述了最大的功率輸送能力和溫度上升的關系。在圖2中，水平軸顯示的是橫截面面積，單位為IN的2次方，縱軸顯示的是該線在給定升溫值時的允許電流。
除了大的電源分配總線，功率很少成為一個重要的約束條件，隨著薄膜技術的廣泛使用，由于其走線的橫截面面積非常小，布線的加熱限制可能變得更普遍。
走線寬度上的第二個不太重要的限制來自生產(chǎn)制造過程。表1列出了在各種不同的生產(chǎn)過程中可達到的最小走線寬度。
其他一些因素會使走線寬度增加，腐蝕程序控制得不好，會造成線寬的變化比較大。在小線寬時，線寬變化的百分比決定著阻抗容限的百分比，有時這種變化可能是無法接受的，要想精確控制阻抗，可能需要使用比可達到的最小走線寬度字貢得多的線。
對于功率，費用和阻抗容限的考慮通常促使選擇特定的線寬。給于給定的線寬，阻抗約束決定層高。
然后使用關于串擾的公式
，算出相鄰走線間隔的最小值，這個值稱為最小走線間距。在走線之間的未用距離稱為走線間隔。走線間隔加上線寬等于走線間距。
