電路布局
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-07-22
電路布局的實例教程
本應用筆記提供關于射頻(RF)印刷電路板(PCB)設計和布局的指導及建議，包括關于混合信號應用的一些討論，例如相同PCB上的數(shù)字、模擬和射頻元件。內(nèi)容按主題進行組織，提供“最佳實踐”指南，應結合所有其它設計和制造指南加以應用，這些指南可能適用于特定的元件、PCB制造商以及材料。
射頻板PCB布局原則
布局確定：布局前應對單板功能、工作頻段、電流電壓、主要射頻器件類型、EMC、相關射頻指標等有詳細了解，并明確疊層結構、阻抗控制、外形結構尺寸、屏蔽腔和罩的尺寸位置、特殊器件加工說明（如需挖空、直接機殼散熱的器件尺寸位置）等。另外還應明確主要射頻器件功率、散熱、增益、隔離度、靈敏度等指標以及濾波、偏置、匹配電路的連接，對功放電路還應得到器件手冊推薦的匹配走線要求或射頻場分析軟件仿真得到的阻抗匹配電路指導。
物理分區(qū)：關鍵是根據(jù)單板的主信號流向規(guī)律安排主要元器件，首先根據(jù)RF 端口位置固定RF 路徑上的元器件，并調(diào)整其朝向以將RF 路徑的長度減到最小，除要考慮普通布局規(guī)則外，還須考慮如何減小各部分間相互干擾和抗干擾能力，保證多個電路有足夠的隔離，對于隔離度不夠或敏感、有強烈輻射源的電路模塊要考慮采用金屬屏蔽罩將射頻能量屏蔽在RF 區(qū)域內(nèi)。
電氣分區(qū)：布局一般分為電源，數(shù)字和模擬三部分，要在空間上分開，布局走線不能跨區(qū)域。
展開 c）將電阻分壓器電路靠近并且并聯(lián)，使其更好的抗噪聲性。
d）將導線遠離電感和二極管的開關節(jié)點。不要直接在電感和Q二極管下方接線，也不要與電源線并聯(lián)。多層板也必須以相同的方式接線。
通過通孔將反饋路徑傳輸?shù)絇CB的底層，并將布局遠離交換節(jié)點。
GND 地：
模擬小信號地和電源地必須隔離。鋪設電源地，而不從頂層分離是非常理想（圖8）。通過通孔連接底層上的隔離電源地導致?lián)p耗并加劇由于的噪聲通孔的電感和電阻的影響。
在PCB內(nèi)層和底層提供接地層是減少和屏蔽直流損耗，并且更好地散熱，但它只是一個補充接地
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1、電源布局布線
數(shù)字電路很多時候需要的電流是不連續(xù)的，所以對一些高速器件就會產(chǎn)生浪涌電流。如果電源走線很長，則由于浪涌電流的存在進而會導致高頻噪聲，而此高頻噪聲會引入到其他信號中去。而在高速電路中必然會存在寄生電感和寄生電阻以及寄生電容，因此該高頻噪聲最終會耦合到其他電路當中，而由于寄生電感的存在也會導致走線可以承受的最大浪涌電流的能力下降，進而導致有部分壓降，有可能會使電路失能。所以在數(shù)字器件前面加上旁路電容就顯得尤為重要。電容越大，其在傳輸能量上是受限于傳輸速率的，所以一般會結合一個大電容和一個小電容一起，來滿足全頻率范圍內(nèi)。
避免熱點產(chǎn)生：信號過孔會在電源層和底層產(chǎn)生voids。所以不合理的放置過孔很有可能會使電源或者地平面某些區(qū)域的電流密度增加。而這些電流密度增加的地方我們稱之為熱點。
所以，我們在設置過孔的時候要極力避免這種情況發(fā)生，以免平面被割裂，最終導致EMC的問題產(chǎn)生。通常最好的避免熱點的辦法就是網(wǎng)狀式的放置過孔，如此電流密度均勻，同時平面不會隔離，回流路徑就不會過長，也就不會產(chǎn)生EMC的問題。
2、走線的彎曲方式
在布高速信號線時，信號線應盡量避免彎曲。
展開 第一個電路中的電流所產(chǎn)生的磁場會對第二個電路中的電流產(chǎn)生激勵（圖1）。這一過程與變壓器初級、次級線圈之間的相互影響類似。當兩個電流通過磁場相互作用時，所產(chǎn)生的電壓由互感LM決定：
式中，YB是向電路B注入的誤差電壓，IA是在電路A作用的電流1。LM對電路間距、電感環(huán)路面積（即磁通量）以及環(huán)路方向非常敏感。
因此，緊湊的電路布局和降低耦合之間的最佳平衡是正確排列所有電感的方向。
圖1. 由磁力線可以看出互感與電感排列方向有關
對電路B的方向進行調(diào)整，使其電流環(huán)路平行于電路A的磁力線。為達到這一目的，盡量使電感互相垂直，請參考低功率FSK超外差接收機評估 （EV）板（MAX7042EVKIT）的電路布局（圖2）。
該電路板上的三個電感（L3、L1和L2）距離非常近，將其方向排列為0°、45°和 90°，有助于降低彼此之間的互感。
圖2. 圖中所示為兩種不同的PCB布局
其中一種布局的元件排列方向不合理（L1和L3），另一種的方向排列則更為合適。
綜上所述，應遵循以下原則：
電感間距應盡可能遠。
電感排列方向成直角，使電感之間的串擾降至最小。
引線耦合
如同電感排列方向會影響磁場耦合一樣，如果引線彼此過于靠近，也會影響耦合。這種布局問題也會產(chǎn)生所謂的互感。
展開 Buck穩(wěn)壓器示意圖
電路板布局注意事項
當設計必須符合EMI要求時，除了選擇適當?shù)臒o源元件值以確保功能設計之外，電路板布局應該是進行設計時需要考慮的首要因素。有兩個buck穩(wěn)壓器電路板布局通用規(guī)則可將電磁干擾降至最低：
使輸入電容器和自舉電容器盡可能地靠近集成電路的VIN和GND引腳，以最大限度地減少高瞬態(tài)電流 (di/dt) 環(huán)路面積；
通過最小化開關節(jié)點的面積來最小化高瞬態(tài)電壓 (dv/dt) 節(jié)點的表面積。
集成輸入電容器
在EMI要求限制之下進行開關穩(wěn)壓器的設計時，減小高瞬態(tài)電流環(huán)路的面積非常重要。在buck穩(wěn)壓器中，需要從EMI的角度考慮輸入電壓對地環(huán)路。buck穩(wěn)壓器通過開啟和關閉與電源的開關器件將較高的直流電壓降為較低的電壓，從而在高壓側(cè)產(chǎn)生MOSFET電流，如圖 2 所示。
圖2. Buck穩(wěn)壓器作用下的輸入電流變化
MOSFET快速開啟和關閉，產(chǎn)生由輸入電容器提供的非常尖銳且?guī)缀醪贿B續(xù)的電流。諸如TI的3-A LMQ66430-Q1和6-A LMQ61460-Q1 36V buck穩(wěn)壓器，在封裝內(nèi)集成高頻輸入電容器，從而實現(xiàn)了輸入電流環(huán)路面積的最小化。減小輸入電流回路面積會導致輸入端的寄生電感更小，從而減少電磁能量的輸出。
集成自舉電容
需要考慮的另一個高瞬態(tài)電流環(huán)路就是自舉電容環(huán)路。自舉電容負責在開關器件導通期間為高壓側(cè)MOSFET柵極提供驅(qū)動。內(nèi)部電路在關斷期間對該電容器重新充電。高壓側(cè)MOSFET的源極連接至開關節(jié)點而不是GND。
展開 
電路布局的最新內(nèi)容
國內(nèi)企業(yè)針對托卡馬克裝置的強電磁干擾環(huán)境，在聚變電源的電磁兼容設計方面持續(xù)突破，采用多級屏蔽、濾波、隔離等技術，優(yōu)化電源內(nèi)部電路布局與接地設計，減少電磁干擾對電源系統(tǒng)的影響。中科海奧、森木磊石等企業(yè)通過優(yōu)化控制算法，提升電源的抗干擾能力，確保電源在強電磁環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定輸出與精準控制，有效提升了聚變電源的電磁兼容性能。
優(yōu)異的電磁兼容性能，是聚變電源穩(wěn)定運行的重要保障。
這一設計可有效降低外部物料清單（BOM）成本，減少不同區(qū)域版本的物料種類；同時優(yōu)化了電路布局，大幅縮小PCB占用面積，便于設備向小型化、輕量化方向設計。此外，該架構還能降低設備運行功耗，延長物聯(lián)網(wǎng)設備的電池使用壽命，降低維護成本。
02/目標函數(shù)
目標函數(shù)的核心作用，是精準衡量“預設目標圖形”與“實際曝光圖形”的差異：
我們?yōu)椴煌?em>電路布局區(qū)域設置專屬權重矩陣，以此區(qū)分各區(qū)域的重要性；目標函數(shù)通過“計算兩類圖形對應位置元素的差異平方，再結合對應區(qū)域權重求和”，得到兩者的匹配度量化值。
一期一會 | 什么是柔性PCB？4個月前
Ansys HFSS?：高頻電磁仿真的黃金標準，工程師使用HFSS軟件開發(fā)基于柔性PCB的具有成本效益、高性能的電路布局和天線。
Ansys SIwave?：SIwave軟件專門用于PCB電磁仿真，為用戶提供了快速而強大的幾何結構導入和信號完整性（SI）、電源完整性（PI）、電磁干擾（EMI）、阻抗和串擾建模方法。
如何批量的修改CAD的陣列對象？8個月前
這一功能特別適用于需要重復使用相同元素的大型項目，如建筑布局、電路板設計等。通過批量修改，設計師能夠快速調(diào)整尺寸、旋轉(zhuǎn)角度或修改屬性，確保所有陣列對象的一致性和協(xié)調(diào)性。此外，當項目需求發(fā)生變化時，批量修改可以迅速響應，節(jié)省大量手動調(diào)整的時間，減少錯誤發(fā)生，提高工作效率。
當我們想使整個陣列后的結果都變化（如下圖所示）,我們需要對陣列源對象進行修改。
自動化和向?qū)В篈WR提供了自動化的設計流程和向?qū)?，可以幫助用戶更輕松地完成一系列任務，特別是在電磁仿真和電路布局方面。
用戶體驗：AWR的用戶界面被認為是相對簡潔和用戶友好的。它的工具欄和選項也使得用戶可以快速訪問常用功能。
圖3、AWR可以將電路和布局進行共享
■.制造設計
制造設計(DFM)是AWR軟件平臺所固有的，可對來自代工廠授權的PDK的特定工藝金屬跡線和片上組件進行精確建模。GDSII布局文件的導出支持將設計信息傳輸?shù)綄Ｓ弥圃旃ぞ咧小?
PCB ESD保護電路布局
3、正確使用VIA
在多層 PCB 中，過孔可以用作帶有寄生電感，減少不必要走線。下圖中，ESD源和受保護IC在同一層，而TVS在另一層，在這里，VIA 作為 L2 工作，導致 ESD 電流在 TVS 和 IC 之間分流，因此必須要避免這種布局。
因此，緊湊的電路布局和降低耦合之間的最佳平衡是正確排列所有電感的方向。
圖1. 由磁力線可以看出互感與電感排列方向有關
對電路B的方向進行調(diào)整，使其電流環(huán)路平行于電路A的磁力線。
圖2 電路板布局
表1 零件導熱參數(shù)
2， 基于Icepak的控制器散熱仿真分析
Icepak是一款基于流體力學分析軟件Fluent開發(fā)出的熱仿真分析軟件，廣泛應用于電力通信、航天航空電子設備、家電及汽車電子等領域，是目前應用最為廣泛的熱管理分析軟件之一。
