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六层PCB线路板的抗干扰布线技巧分析

  六层PCB板人工布线,工作量较大,在繁琐的布线过程中,如何使布线在准确、简洁、美观之外,兼顾良好的抗干扰能力。对这个问题,本文作者整理归纳了在实际布线过程中遇到的相关内容,着重对布线技巧进行了分析说明。
  
  一、电路板抗电磁干扰布局布线的具体原则
  
  (1)走线的过孔尽量少,过孔越少,产生的板间电磁干扰越少。在过孔数不变的情况下,稀疏的排布可减小板老化破损的可能。
  
  (2)走线的设计应尽量减少形成信号环路,相邻两层间走线,大致为一横一纵垂直分布。可降低电磁干扰,也便于走线。
  
  (3)根据电路工作特性进行分区设计,避免各部分工作电路相互干扰。
  
  (4)器件的布局应注意初次级电路的隔离。
  
  二、具体原则下的线路板布线技巧
  
  一般地,六层PCB板设置第一层为元件面,第二层为地层,第三、四层为走线层,第五层为电源层,第六层为焊接面。地层和电源层很好地屏蔽了第三、四层的大量走线产生的电磁辐射;地层比电源层更多地吸收电磁辐射,因而地层置于上方使PCB向外辐射更少。但根据具体情况,常做一些调整,比如,将第三层设置成第二个地层,或是将第六层设置为第二个地层等等。
  
  2.1 层内平行,层间垂直
  
  布线时,若任意两端间的连接在不同的层里更换若为N 次,那么除去这两端将有N-1 个过孔,设有这样的连接端A、B,忽略两点是否在同一面上(包括元件面和焊接面)。深浅两色走线分别为六层PCB板两个相邻层上的走线,任意两点An、Bn,过孔On(n=1、2、3 … ), 都可通过分别在这两层上的两根连线AnOn、BnOn 连接,而须要遵守的规则就是深色线走横向,浅色线走纵向。之所以在同一层要保证线走向一致,除了减小错杂弯曲的电流间会造成的强辐射、强干扰,主要也是考虑到遵循这一规则,可以使所有须连接的点没有障碍地连接。因为横线相互平行,不会阻拦,并且在如上图的情况下,即使增加点间的新连线,或是新点间的连线都是相对简单的事。连接B3 和新端点B6,增加走线:这种简洁的PCB 布线方式减少了造成信号环路的可能,于是起到了降低大电流走线对其他部分电路的干扰的作用。
  
  2.2 减少过孔
  
  要减少过孔,并防止其过度密集,则:首先:如前文中谈到的,坚持层间横纵垂直走线的原则,取N=2 的做法,减少过孔数。其次:连接两点的过程中,尽量少得换层走线,减少过孔数。最后,在无法避免建立过孔,而过孔又集中的区域,下面列出过孔在PCB 上团状分布,在较小区域密集的a、b、c、d 四种情况。在特定状况中,减少孔数,或协调过孔位置排列如下:
  
  2.2.1 大芯片的引脚周围
  
  一般地,PCB 表面即1、6 层上不走线,因为对于表面的走线通电后造成电磁辐射,缺少有效遮蔽。同时,这两层也应分别用大面积地来处理,以降低电磁辐射,提高电磁兼容性。因而,1、6 层上的走线仅限于"表面贴装器件的引脚——换层走线的过孔"之间,如图4 中的2。将过孔置于芯片丝印内,如图4 中的1,则走线和过孔都被器件遮盖,对减小电磁辐射起到了一定作用。图4 中的2、3 八个过孔分别横向和纵向排布,以2 为例是为了方便附近的横向走线通过;以3 为例是为了方便附近的纵向走线通过。
  
  2.2.2 层间换线的拐弯处
  
  放大处是相邻两层走线建立过孔的区域 ,如何将这些过孔祥走线一样理顺,并规则排列,可以根据具体情况,灵活处理,图中仅给出一种简单的参考。
  
  2.2.3 贴片电阻、电容集中区域
  
  (1) PCB 面积压缩造成的贴片器件分布紧密如图6 将相连的器件紧靠放置,这样连线1、2、3 便缩短,两端就不需要过孔存在而连接。
  
  (2) 用于电磁兼容的电阻电容在工作频不是很高的情况下,用于电磁兼容的电阻电容紧靠相关器件排布,这些电阻电容一端常与地(或电源)相连。如图7 可以先将它们相互连接,然后通过一个孔O1 接地(或电源)。否则,每一个都打孔接地(或电源)的话,就增加了过孔O2~O5。
  
  (3) 根据电路特性PCB 布局将硬件分区,结构复杂的逻辑电路,其电阻、电容相对集中。注:贴片器件放在焊接面时注意其间间隔,否则布线困难并造成工艺实现困难。
  
  2.2.4 电源变换电路部分与电源层、地层连接较多,因而过孔较多,可一定程度上借鉴C-II 的方法。
  
  2.3 电源层,地层的走线
  
  电源层、地层具有类似特性,以电源层为例,常见有+24V、+5V、+3.3V、-12V,基本按其包括的孔数由少到多,一一布大面积。对于实在无法相连的点,可以在其它层通过走线连接,有时甚至还要改变过孔的位置。对于+24V 这样的高电压电源区域,应根据电流情况决定走线的宽度,其余如+5V、+3.3V、-12V可略微减小,但对于这些需要良好接触的大面积,理想状态是连接径口越宽越好。同时要注意检查区域中是否有的过孔或插装孔,堵塞了电源的连通,并加以修改。
  
  2.4 布线的顺序
  
  2.4.1 先局部,按电路特性功能,在某一逻辑结构内布线
  
  (1) 短距离的;
  
  (2) 对应的几组线有规律排列的,比如数据线,一般的数据线不会太长在布局的时候就会有所考虑;
  
  (3) 单个,无规律,远距离的。
  
  2.4.2 再在各个局部之间布线
  
  一般地,这些走线都较长,较曲折。
  
  2.4.3 最后是与电源层和地层线连的线(在布局过程中也应有所考虑)某一层上基本平行的走线,假设为横向的话,则大致以纵向的顺序选择走线初始端布线,反之亦然。过程中,相对平行的走线越紧密,就可以为布线节省更多的空间。
  
  2.5 初次级间的隔离
  
  初次级间的隔离在布局时基本可以达到,走线同时要注意,使初次间形成一条"人为沟壑",要保证电器间隙的爬电距离。
  
  2.6 须加粗的一些线
  
  包括数据线、高频信号线;电源线 地线;小信号经过的线;大电流电路部分。短粗的走线,受到的电磁干扰相对少,在空间允许的情况下,任何线均可加粗。
  
  三、结 论
  
  六层PCB板布线对PCB的电磁兼容性的影响具体体现在了过孔、布线的存在形态上。过孔少、稀疏;走线短粗、不形成环路;局部电路的分区、隔离;等等这些基本原则,通过具体的每一根走线体现出来。在合理的电路原理设计,电路器件布局之外,PCB 布线的精简同样造就着整体电路良好的电磁兼容性。

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