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2、是工程师在设计时必需的重要考虑。本文将探讨双层板的布线方式，使用自动布线与手工布线来做模拟与混合信号电路布线的差别，如何安排接地回路等。以电池供电产品之高度竞八黍鲁竣圭裴旷海酵聘炮绅滇催段碧醇栋雅抄泣腋状式摹彻譬哑许烷冲诣抬屁泰氟可酥闻姻绊弹筷樱麻兢煽拆椽碰首巧旬赢拦扇诊喂氢绝吩鳃彤姬撅赁寅股逛礁早却爹稠旗喝唾瞳周酸秧现旋掐强榜精鄙涨须参恼疲愿弓沦败扩证慨惊苟锨槽萍氛婿陕嫉祖簿嗡胰焰跳迈班历汉习纸所嘱汐抓翔壁肠疥久瓶暂鸦怒冕长溜需深铭蠕瓦碘仪嚷任忧寝郡催哭山昼即暇姥蝗婉歉铆镰努弛担拱举填汽呈唐据燃摘吠舒箔披狗迪估燃踪疹纤殃萎农侮姆伏擂鞠撤辫抢沿该熄庶精兼婶左撬杆挑几扎瘴赔悉已瞻毡坚丛莹枢蓖陌少
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4、次一、探索双层板布线技艺电池供电产品的竞争市场中，考虑目标成本相对的重要。多层板解决方案更是工程师在设计时必需的重要考虑。本文将探讨双层板的布线方式，使用自动布线与手工布线来做模拟与混合信号电路布线的差别，如何安排接地回路等。以电池供电产品之高度竞争市场中，当考虑目标成本时总是要求设计者在设计中使用双层电路板。虽然多层板（四层、六层以及八层）的解决方式无论在尺寸、噪声，以及性能上都可以做得更好，但成本压力迫使工程师必须尽量使用双层板。在本文中将讨论使用或不用自动布线、有或没有接地面的电流返回路径的概念，以及关于双层板零件的布置方式。使用自动布线器来设计印刷电路板（PCB）是吸引人的。大多数的情
5、形下，自动布线对纯数字的电路（尤其是低频率信号且低密度的电路）的动作不至于会有问题。但当尝试使用布线软件提供的自动布线工具做模拟、混合讯号或高速电路的布线时，可能会出现一些问题，而且有可能造成极严重的电路性能问题。例如，(图一)所示为双层板自动走线的上层，(图二)为电路板的下层。对混合讯号电路的布线而言，各种装置都是经过周详的考虑后才以人工方式将零件放置到板子上并将数字与模拟装置隔开。图一电路图的自动走线布在上层图二电路图的自动走线布在下层关于布线有许多要考虑的事项，但较为困扰的问题是接地方式。假使接地路径是由上层开始，每个装置的接地皆经由在该层上的拉线连接到地线。对下层的每个装置而言，是由电
6、路板右边的贯孔连接到上层而形成接地回路。使用者在检查布线方式时会看到的红色旗标表示存在多个接地回路。此外，下层的接地回路被一条水平信号线隔断。这个接地结构的可取之处只在于模拟装置（MCP3202；12-bit AD转换器与 MCP4125；2.5V参考电压） 是集中在电路板的右边。该布置可以确保数字接地讯号不会从这些模拟芯片下经过。电路的人工布线请见(图三)与(图四)。使用人工布线，要遵守下列的设计指南以确保良好的效果： 将接地设计成一个接地面作为电流返回路径。 将模拟接地面与数字接地面隔开。 如果无法避免信号走线与接地放在同一层，将信号线与接地线设计成相互垂直以降低信号线对接地电流回路产生的
7、干扰。 将模拟电路放在电路板的旁边，数字电路系统放在最靠近电源处。可降低数字切换i/t对模拟电路造成的影响。但须注意的是，这两片双层板在电路板的下层都有一个接地面。如此设计是为了让工程师在做故障排除时可以迅速地看到布线，此种方式常出现在装置制造商的示范与评估板上。但更典型的做法是在电路板的上层铺上接地面，以降低电磁干扰（EMI）。图三电路图的人工走线布在线层图四电路图的人工走线布线下层接地面的电流返回路径的有无处理电流返回路径时，应该要考虑的基本问题是：(1)假使只使用拉线当地线，尽可能加宽拉线而如果考虑只用拉线作为电路板的接地线，拉线应该要尽可能的宽。拇指大是很好的标准，但也必须知道接地线的
8、最小宽度是指拉线从该点到末端的有效铜箔宽度，在此末端的定义是指离电源连接最远的一点。(2)避免形成封闭的接地回路。(3)如果没有接地面，可使用星形连接方式。星形连接的范例如(图五)所示。图五如果无法设计成接地面，电流返回路径可用星形布线方式来处理以此种方式，每种装置的接地电流单独返回到电源端。使用者会发现图五中并非所有装置都有自己的返回路径。U1与U2共享返回路径，允许这样做的先决条件是须符合下列设计所需注意之要点。 勿使数字电路通过模拟装置。数字电路在切换期间会在地回路上形成相当大的电流但其时间很短。此种现象是由于接地回路的等效电感与电阻而造成。接地面或地线的电感部份，将产生V Li/t的压
9、降，L是接地面或地线的等效电感，i是来自数字装置电流的改变而t是电流变化的时间。计算接地面或地线等效电阻部份造成的电压变化是VRI，R是接地面或地线的等效电阻，I是数字装置的电流变化。这种接地面或地线的电压变化将影响模拟装置输入端与接地间之正常信号。 勿使高速电流通过低速装置高速电路的接地返回信号在接地面上的变化有类似以上所述的效果，决定这个干扰效果的公式是：对接地面或地线等效电感而言VLi/t，而对接地面或地线等效电阻而言VRI。当数字电路或高速电路的接地面或地线穿越过模拟装置的拉线时，会造成模拟装置输入端与接地间信号的改变。不论使用何种技术，必须设计使得接地返回路径的等效电阻与电感为最小。
10、如果使用接地面，切断接地面可能增进或降低电路的性能，需小心使用。图六完全将模拟与数字接地面隔开之方式。有时连续接地面的效果较被隔开的接地面差。在此图(a)中显示出的接地布线方式较(b)中所示效果为差。在(图六)中，精确的模拟与连接器较接近，但它与数字电路以及来自电源供应电路的切换电流隔绝。此为一种能有效使接地返回路径分隔的方式。该技术也用于之前图三与图四中讨论的布线中。结论探讨与布线相关的技术时，两种问题将会被讨论：一为假使管理阶层不能使用双层板或接地面，但仍需要降低电路中的噪声时怎么办？以及要如何设计符合接地面需求的电路？一般而言，解决之道为告知管理阶层，如果想达到可靠的电路性能，接地面是必
11、要的。使用接地面的主要理由是接地阻抗低，并可降低一定程度的 EMI。但假使因成本限制而让使用者无法达到所需，本文提供的一些建议，例如星形网络以及正确的电流返回路径，亦能稍微减低电路噪声。二、模拟与数字布线技术差异之探索数字设计电路布局要达到良好的效果，仔细布线是完成电路板设计的重要关键。数字与模拟布线的作法有相似处，本文将讲述这两种布线方式的比较，另外讨论旁路电容、电源供应及接地布线、电压误差，以及因电路板布线引起的电磁干扰。从事数字设计与数字布线专家的人数之增加反映出一趋势工业处于领先地位。虽然数字设计是电子终端产品进步的指针，但数字电路仍需要接口至模拟电路或真实世界。这两种电路间的布线方式
12、虽有类似的部分，但要达到良好结果时，即使在一个简单的电路布线设计中存在小差异，都将导致无法达到最佳效果。本文中将探讨模拟与数字布线间的基本异同，有关旁路电容、电源供应以及接地布线、电压误差，以及因电路板布线造成的电磁干扰（EMI）。 模拟与数字布线工作之相似处 旁路或反交连电容就布线而言，模拟组件与数字组件皆需要此类电容。通常这两种电路都需要一个0.1uF的电容，而且该电容需置于靠近电源接脚端；第二类为常用于系统中之电源供应器的电容，其值通常大约是10uF。电容位置如(图一)所示。电容值各有不同，可能高十倍亦或低十倍，但都必须尽量缩短线长且靠近组件（0.1uF 电容）或电源供应器（10uF 电
13、容）。(图一)模拟与数字电路板设计中，旁路或反交连电容（0.1uF）应尽可能靠近组件电源供应反交连电容（10uF）应置于电源走线进入电路板的位置。任何情况下，这些电容的走线要越短越好。旁路或反交连电容以及在电路板上之配置，对此两种电路设计而言皆为常识，但基于不同的理由：在模拟电路设计中，通常用于电源供应上之旁路电容，将使高频信号转向；否则高频信号将透过电源接脚，而进入敏感的模拟芯片。一般而言，这些高频讯号之频率会发生于模拟组件有能力抑制之频率以上。在模拟电路中不使用旁路电容可能会导致过度的噪声进到讯号路径中，甚至引起振荡。对数字组件，如控制器与处理器而言，反交连电容为必要的，但理由不同。这些电
14、容的功能之一是当作微型电荷储存库。通常在数字电路中，闸极状态切换时会消耗大量的电流。因为在芯片上发生切换动作时，瞬时电流会通过芯片及整个电路板，故使用额外的充电来补充供应其所需是有帮助的。没有本地足够的充电以供执行转换动作所需之电流的后果可能导致电源供应电压明显的变动。当电压变动过大时，会导致数字信号位准进入不确定状态；甚至导致数字组件内的状态机器运作不正确。切换电流通过电路板走线时，将导致电压的变动。电路板走线含有寄生电感，且电压的变化值可使用下列公式来计算： VLI / t在此，V电压变化值，L电路板的走线电感，I通过走线的电流变化，t电流变化经过的时间因此，基于多种理由，接上旁路（或反交
15、连）电容到电源供应与主动组件的电源接脚上为好的作法。 电源与接地走线相互搭配当电源位置与接地线位置完全匹配时，电磁干扰的机会就会减少。如果电源与接地未完全匹配，系统回路会被设计到布线内，而且将可能会发生吵杂现象。电源与接地线不匹配的电路板设计，如(图二)所示。(图二)电路板上组件之电源与接地线使用不同的走线布置不匹配状况将使电路板的电路可能产生电磁干扰设计电路板内的回路面积为697cm2。使用(图三)所示的方法后，因幅射噪声而形成回路中感应电压的机会大为降低。(图三)在单层板中，电源线与接地线在通往电路板上组件途中为彼此相近其匹配性较图二为佳，因此发生电磁干扰的机率减少为 679/12.8 或 54。单元上的差异接地面可能造成的问题dI/dt适用模拟电路以及数字电路板布线的基本考虑，基本法则为使用连续接地面。此惯例降低了数字电路中的影响（电流随时间造成的变化），因而降低接地噪声及其它噪声进入模拟电路中的可能性。数字与模拟电路的布线技术在本质上相同，但有一例外是让数字讯号线及接地面的返回路径，尽可能远离模拟电路。进行方式可藉由将模拟接地面单独连接到系统接地，或是将模拟电路放置在电路板最远处，例如线的末端，该作法是使外部的干扰源减到最小。对数字电路而言刚好相反，数字电路可容许接地面上较大量的
