設計PCB時(shí)，往往很想使用自動(dòng)布線(xiàn)。通常，純數字的電路板(尤其信號電平比較低，電路密度比較小時(shí))采用自動(dòng)布線(xiàn)是沒(méi)有問(wèn)題的。但是，在設計模擬、混合信號或高速電路板時(shí)，如果采用布線(xiàn)軟件的自動(dòng)布線(xiàn)工具，可能會(huì )出現一些問(wèn)題，甚至很可能帶來(lái)嚴重的電路性能問(wèn)題。

　　例如，圖1中顯示了一個(gè)采用自動(dòng)布線(xiàn)設計的雙面板的頂層。此雙面板的底層如圖2所示，這些布線(xiàn)層的電路原理圖如圖3a和圖3b所示。設計此混合信號電路板時(shí)，經(jīng)仔細考慮，將器件手工放在板上，以便將數字和模擬器件分開(kāi)放置。

　　采用這種布線(xiàn)方案時(shí)，有幾個(gè)方面需要注意，但最麻煩的是接地。如果在頂層布地線(xiàn)，則頂層的器件都通過(guò)走線(xiàn)接地。器件還在底層接地，頂層和底層的地線(xiàn)通過(guò)電路板最右側的過(guò)孔連接。當檢查這種布線(xiàn)策略時(shí)，首先發(fā)現的弊端是存在多個(gè)地環(huán)路。另外，還會(huì )發(fā)現底層的地線(xiàn)返回路徑被水平信號線(xiàn)隔斷了。這種接地方案的可取之處是，模擬器件(12位A/D轉換器MCP3202和2.5V參考電壓源MCP4125)放在電路板的最右側，這種布局確保了這些模擬芯片下面不會(huì )有數字地信號經(jīng)過(guò)。

　　圖3a和圖3b所示電路的手工布線(xiàn)如圖4、圖5所示。在手工布線(xiàn)時(shí)，為確保正確實(shí)現電路，需要遵循一些通用的設計準則：盡量采用地平面作為電流回路；將模擬地平面和數字地平面分開(kāi)；如果地平面被信號走線(xiàn)隔斷，為降低對地電流回路的干擾，應使信號走線(xiàn)與地平面垂直；模擬電路盡量靠近電路板邊緣放置，數字電路盡量靠近電源連接端放置，這樣做可以降低由數字開(kāi)關(guān)引起的di/dt效應。

　　這兩種雙面板都在底層布有地平面，這種做法是為了方便工程師解決問(wèn)題，使其可快速明了電路板的布線(xiàn)。廠(chǎng)商的演示板和評估板通常采用這種布線(xiàn)策略。但是，更為普遍的做法是將地平面布在電路板頂層，以降低電磁干擾。

圖1 采用自動(dòng)布線(xiàn)為圖3所示電路原理圖設計的電路板的頂層

圖2 采用自動(dòng)布線(xiàn)為圖3所示電路原理圖設計的電路板的底層

圖3a 圖1、圖2、圖4和圖5中布線(xiàn)的電路原理圖

圖3b 圖1、圖2、圖4和圖5中布線(xiàn)的模擬部分電路原理圖


有無(wú)地平面時(shí)的電流回路設計

　　對于電流回路，需要注意如下基本事項：

　　1. 如果使用走線(xiàn)，應將其盡量加粗

　　PCB上的接地連接如要考慮走線(xiàn)時(shí)，設計應將走線(xiàn)盡量加粗。這是一個(gè)好的經(jīng)驗法則，但要知道，接地線(xiàn)的最小寬度是從此點(diǎn)到末端的有效寬度，此處“末端”指距離電源連接端最遠的點(diǎn)。

　　2. 應避免地環(huán)路

　　3. 如果不能采用地平面，應采用星形連接策略(見(jiàn)圖6)

　　通過(guò)這種方法，地電流獨立返回電源連接端。圖6中，注意到并非所有器件都有自己的回路，U1和U2是共用回路的。如遵循以下第4條和第5條準則，是可以這樣做的。

　　4. 數字電流不應流經(jīng)模擬器件

　　數字器件開(kāi)關(guān)時(shí)，回路中的數字電流相當大，但只是瞬時(shí)的，這種現象是由地線(xiàn)的有效感抗和阻抗引起的。對于地平面或接地走線(xiàn)的感抗部分，計算公式為V = Ldi/dt，其中V是產(chǎn)生的電壓，L是地平面或接地走線(xiàn)的感抗，di是數字器件的電流變化，dt是持續時(shí)間。對地線(xiàn)阻抗部分的影響，其計算公式為V= RI, 其中，V是產(chǎn)生的電壓，R是地平面或接地走線(xiàn)的阻抗，I是由數字器件引起的電流變化。經(jīng)過(guò)模擬器件的地平面或接地走線(xiàn)上的這些電壓變化，將改變信號鏈中信號和地之間的關(guān)系(即信號的對地電壓)。

　　5. 高速電流不應流經(jīng)低速器件

　　與上述類(lèi)似，高速電路的地返回信號也會(huì )造成地平面的電壓發(fā)生變化。此干擾的計算公式和上述相同，對于地平面或接地走線(xiàn)的感抗，V = Ldi/dt ；對于地平面或接地走線(xiàn)的阻抗，V = RI 。與數字電流一樣，高速電路的地平面或接地走線(xiàn)經(jīng)過(guò)模擬器件時(shí)，地線(xiàn)上的電壓變化會(huì )改變信號鏈中信號和地之間的關(guān)系。

圖4 采用手工走線(xiàn)為圖3所示電路原理圖設計的電路板的頂層

圖5 采用手工走線(xiàn)為圖3所示電路原理圖設計的電路板的底層

圖6 如果不能采用地平面，可以采用“星形”布線(xiàn)策略來(lái)處理電流回路

圖7 分隔開(kāi)的地平面有時(shí)比連續的地平面有效，圖b)接地布線(xiàn)策略比圖a) 的接地策略理想

　　6. 不管使用何種技術(shù)，接地回路必須設計為最小阻抗和容抗

　　7. 如使用地平面，分隔開(kāi)地平面可能改善或降低電路性能，因此要謹慎使用

　　分開(kāi)模擬和數字地平面的有效方法如圖7所示

　　圖7中，精密模擬電路更靠近接插件，但是與數字網(wǎng)絡(luò )和電源電路的開(kāi)關(guān)電流隔離開(kāi)了。這是分隔開(kāi)接地回路的非常有效的方法，我們在前面討論的圖4和圖5的布線(xiàn)也采用了這種技術(shù)。