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[转载]PCB板的跨分割设计

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    [LV.1]初来乍到

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    在电路设计的时候,在一块PCB板上存在多种电源、多种地的情况越来越多,例如48V,12V- 12V,5V,-5V,3.3V,2.5V,1.8V1.5V等电源中常见的种类,AGND(模拟地)DGND(数字地)、PGND(保护地)等不同功能所需的地平面纵横交错,一部分IC明确要求本IC要进行单点接地,以及所需的电源、地平面挖空。为了保证这些地、电源都有高的可靠性,将每一种电源、地分配一层,即一个平面,必然导致电路板叠层的增加,电路板制作的本钱大幅度升高。前面说过,电路板的制作本钱和叠层数成正比。为了兼顾节约本钱和保证电路板的可靠性,工程师在PCB设计的时候,会按照电路板的特点、将两种或者几种PCB的电源或地设计在同一个平面上,从而导致了电源、地平面的不完整,即地(电源)层分割。  
      一、PCB板的跨分割设计  
      电路上PCB走线穿过地(电源)层分割,信号的完整性会受到很大的影响,以及电路的EMI和EMC特性也发生变化,这就是跨分割题目。这些也往往是电子工程师轻易忽略的题目。跨分割题目的产生主要有两个来源:  
      
      1、电源/地平面的分割  
      如图4-12所示,在同一层(地层)上有模拟地和数字地的分割。当PCB走线穿过这个分割带时,跨分割题目产生了。  
         
      2、密集过孔或密集插装(压接)器件管脚定义不当造成的分割  
      密集过孔或密集插装(压接)器件在管脚定义时假如分布得不公道,而管脚之间的间隔很小,会在地层或者定义层造成了一个狭长的隔离带。假如有走线穿过这个分割,就造成做跨分割现象。  
      我们先看看如图4-13所示的走线。  
      
      这些布线表面上无可挑剔:整洁,漂亮,也是一般电子或电路工程师所喜欢的布线方式。我们再看一下这些过孔对应区域的电源/地平面,就会发现产生了电源、地层分割题目。  
      在图4-13 中,由于过孔间距过近,在电源/地平面上造成一条长长分割带,如图4-14所示,假如有走线穿过这个分割带时,跨分割题目也产生了。这类题目主要出现在电路中总线布线时轻易出现,必须引起广大工程师的留意。  
      同样地,当通孔(包括焊盘和过孔)穿过地/电源平面时,假如通孔之间的间隔靠得过近,上述题目也就同样出现了。这类题目主要出现在密集插装(压接) 器件管脚定义不当时轻易出现。因此,在定义密集插装(压接)器件管脚信号时,不仅要考虑信号的个数种类,还必须考虑信号总线的排列方式,避免对电源、地平 面造成分割带来跨分割题目。  
      
       二、PCB板的跨分割走线的危害  
       
       跨分割走线的主要危害包括:  
      (1)导致走线的阻抗不连续;  
      (2)轻易使信号之间发生串扰;  
      (3)可能引起信号的反射;  
      (4)增大电流环路面积,加大环路电感,使输出的波形轻易振荡;  
      (5)增加向空间的辐射干扰,同时易受空间磁场的影响;  
      (6)加大与板上其他电路产生磁场耦合的可能性;  
      (7)环路电感上的高频压降构成共模辐射源,并通过外接电缆产生共模辐射。  
       为了形象地描述跨分割走线对电路的危害,我们用图4-15给出了一个地槽引起高频信号产生串扰的示意图。  
       对于需要严格的阻抗控制、按带状线模型走线的高速信号线而言,还会由于上平面、下平面或上下平面的开槽破坏带状线模型,造成阻抗的不连续,引起严重的信号失真,使信号的可靠度下降。  
       为了形象地描述跨分割走线对电磁干扰的影响,笔者进行了试验对比。从对比的结果很轻易看到跨分割的影响。
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