S3C2410 印刷电路板布线注意事项

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简介: 随着现代数字系统开关频率的不断提升,高速数字系统的 PCB 设计成为摆在广大硬件工程师面前一个越来越严峻的问题。当时钟上升边沿陡峭,时钟频率提升到一定程度以后,PCB 中的分布参数问题越来越明显,一根 10cm 长的 PCB 走线,不再是一条简单的导体,很多情况下我们必须把它当作一个元件来对待。

随着现代数字系统开关频率的不断提升,高速数字系统的 PCB 设计成为摆在广大硬件工程师面前一个越来越严峻的问题。当时钟上升边沿陡峭,时钟频率提升到一定程度以后,PCB 中的分布参数问题越来越明显,一根 10cm 长的 PCB 走线,不再是一条简单的导体,很多情况下我们必须把它当作一个元件来对待。以三星 ARM9 处理器 S3C2410 为例,以下是笔者总结的板级 EMI问题主要原因,并在以下章节针对性的提出 LAYOUT 注意事项。

1、电源和地线是板上所有信号的公共通路,随着板上信号频率的增加,电源和地线组成的信号回路阻抗变得不可忽视,各路信号会通过这个公共阻抗而相互影响。工程实践中可以从以下方面改进:

a) 对于四层及以上的 PCB,最好有独立的电源层和地层,完整的地层和电源层其交流阻抗要比普通 PCB 走线小很多。尽量不要在电源层和地层上走线,如果一定要走,请注意不要大片的割开电源或地层,尽量用短线割开,确保信号流过电源、地的时候畅通无阻。

b) 对于没有条件使用完整的电源和地层的 PCB,要尽量的加粗电源和地线宽度,将电源尽量的设计成星形,其根结点应该在整板电源的引入点,在牵引到整板中任何元件(负载)以前。对于一些容易产生噪音的电路模块,比如 DC-DC 电源,要特别注意这个问题,避免其将噪音信号通过电源、地线扩散到整板。

c) 关注电流的实际流向,避免富含噪音分量的大电流信号,比如 DC-DC 电源滤波出去以前的路径影响到其它敏感信号。对噪音敏感的信号应当得到保护,比如 DC-DC的反馈回路,应当远离干扰源,其接地点须确保电平稳定。

d) 在多层地(铺铜)间打过孔,使各层地良好连通。

2、 随着信号频率的增加,板上各种分布参数趋于明显,信号更容易通过寄生电容偶合到其它信号回路上,平行线间的 cross-talking(串扰)效应更容易发生。

3、随着时钟频率增加,时钟信号上升沿日趋陡峭,这对导线的长度和阻抗匹配提出了更高的要求。当信号线的长度超过一定数值,导致电信号再起上的传播延迟时间大于信号本身的变化周期的时候,信号线须当作传输线来看待,须在其始端和(或)终端采取一定的阻抗匹配措施,以遏制可能产生的反射、振铃等现象的产生。关于传输线理论和相关的计算,请参考相关专业文献,在此不再赘述。对于 S3C2410 芯片为核心的系统来说, 需要注意的就是 CPU 和 SDRAM 之间的总线,通常此总线的工作频率在 100MHz,稍有不慎即有可能发生反射、振铃等问题,进行 PCB LAYOUT 时可遵从以下简单规则以尽量避免问题:

a) 尽量缩短 CPU 和 SDRAM 之间的走线长度,尽量使走线在 100MHz 的信号频率下呈现出集总电路的特性。根据经验,长度不超过50~70mm 被认为是安全的。

b) 尽量保持各条线的等长性。

c) 在时钟信号的驱动端(靠 CPU端)串入 22 欧姆左右的串联匹配电阻,以抑制反射波。

最后,在投板以前,对若干不放心的信号走线可以仿真验证一下,即使是 protel 也能帮我们完成这样的 SI 仿真。

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