高速PCB设计指南之六

文章摘要：采用数字旁路电容可以得到最佳的布局和布线方案。简言之，根据需要微调旁路电容的位置，使之安装方便并分布在数字部件和混合信号器件数字部分的周围。要采用同样的“最短和最宽的走线”方法对旁路电容出路图进行布线。当电源分支要穿过连续的平面时(如OC48接口卡上的3.3V电源层)，则电源引脚和旁路电容本身不必共享相同的出口图，就可以得到最低的电感和ESR旁路。在OC48接口卡这样的混合信号PCB上，要特别注意电源分支的布线。记住，要在整个卡上以矩阵排列的形式放置额外的旁路电容，即使在无源器件附近也要放置 (见图6)。电源出路图确定之后，就可以开始自动布线。OC48卡上的ATE测试触

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　　采用数字旁路电容可以得到最佳的布局和布线方案。简言之，根据需要微调旁路电容的位置，使之安装方便并分布在数字部件和混合信号器件数字部分的周围。要采用同样的“最短和最宽的走线”方法对旁路电容出路图进行布线。
　　当电源分支要穿过连续的平面时(如OC48接口卡上的3.3V电源层)，则电源引脚和旁路电容本身不必共享相同的出口图，就可以得到最低的电感和ESR旁路。在OC48接口卡这样的混合信号PCB上，要特别注意电源分支的布线。记住，要在整个卡上以矩阵排列的形式放置额外的旁路电容，即使在无源器件附近也要放置 (见图6)。
　　电源出路图确定之后，就可以开始自动布线。OC48卡上的ATE测试触点要在逻辑设计时定义。要确保ATE接触到100%的节点。为了以0.070英寸的最小ATE测试探头实现ATE测试，必须保留引出过孔(breakout via)的位置，以保证电源层不会被过孔的反面焊盘(antipads)交叉所隔断。
　　如果要采用一个电源和接地层开口(split)方案，应在平行于开口的邻近布线层上选择偏移层(layer bias)。在邻近层上按该开口区域的周长定义禁止布线区，防止布线进入。如果布线必须穿过开口区域到另一层，应确保与布线相邻的另一层为连续的接地层。这将减少反射路径。让旁路电容跨过开口的电源层对一些数字信号的布板有好处，但不推荐在数字和模拟电源层之间进行桥接，这是因为噪声会通过旁路电容互相耦合。
　　若干最新的自动布线应用程序能够对高密度多层数字电路进行布线。初步布线阶段要在SMD出口中使用0.050英寸大尺寸过孔间距和考虑所使用的封装类型，后续布线阶段要容许过孔的位置互相靠得比较近，这样所有工具都能实现最高的布通率和最低的过孔数。由于OC48处理器总线采用一种改进的星形拓扑结构，在自动布线时其优先级最高(见图7)。
总结
　　OC48卡布板完成之后要进行信号完整性核查和时序仿真。仿真证明布线指导达到预期的要求并改善了第二层总线的时序指标。最后进行设计规则检查、最终制造的复查、光罩和复查并签发给制造者，则布板任务才正式结束

分区设计
　　摘要：混合信号电路PCB的设计很复杂，元器件的布局、布线以及电源和地线的处理将直接影响到电路性能和电磁兼容性能。本文介绍的地和电源的分区设计能优化混合信号电路的性能。
　　如何降低数字信号和模拟信号间的相互干扰呢？在设计之前必须了解电磁兼容(EMC)的两个基本原则：第一个原则是尽可能减小电流环路的面积；第二个原则是系统只采用一个参考面。相反，如果系统存在两个参考面，就可能形成一个偶极天线(注：小型偶极天线的辐射大小与线的长度、流过的电流大小以及频率成正比)；而如果信号不能通过尽可能小的环路返回，就可能形成一个大的环状天线(注：小型环状天线的辐射大小与环路面积、流过环路的电流大小以及频率的平方成正比)。在设计中要尽可能避免这两种情况。
　　有人建议将混合信号电路板上的数字地和模拟地分割开，这样能实现数字地和模拟地之间的隔离。尽管这种方法可行，但是存在很多潜在的问题，在复杂的大型系统中问题尤其突出。最关键的问题是不能跨越分割间隙布线，一旦跨越了分割间隙布线，电磁辐射和信号串扰都会急剧增加。在PCB设计中最常见的问题就是信号线跨越分割地或电源而产生EMI问题。
　　如图1所示，我们采用上述分割方法，而且信号线跨越了两个地之间的间隙，信号电流的返回路径是什么呢？假定被分割的两个地在某处连接在一起(通常情况下是在某个位置单点连接)，在这种情况下，地电流将会形成一个大的环路。流经大环路的高频电流会产生辐射和很高的地电感，如果流过大环路的是低电平模拟电流，该电流很容易受到外部信号干扰。最糟糕的是当把分割地在电源处连接在一起时，将形成一个非常大的电流环路。另外，模拟地和数字地通过一个长导线连接在一起会构成偶极天线。
　　了解电流回流到地的路径和方式是优化混合信号电路板设计的关键。许多设计工程师仅仅考虑信号电流从哪儿流过，而忽略了电流的具体路径。如果必须对地线层进行分割，而且必须通过分割之间的间隙布线，可以先在被分割的地之间进行单点连接

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