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Protel軟件在高頻電路布線中的技巧

2014/10/22

Levi

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數字器件正朝著高速、低耗、小體積、高抗干擾性的方向發展,這一發展趨勢對印刷電路板的設計提出了很多新要求.Protel軟件在國內的應用已相當普遍,然而,不少設計者僅僅關注于Protel軟件的“布通率”,對Protel軟件為適應器件特性的變化所做的改進并未用于設計中,這不僅使得軟件資源浪費較嚴重,更使得很多新器件的優異性能難以發揮.本文擬在簡介高頻電路布線一般要求的同時,以Protel for Windows V1.5軟件為例來介紹一下高頻電路布線時Protel軟件能提供的一些特殊對策.

      (1)高頻電路往往集成度較高,布線密度大,采用多層板既是布線所必須的,也是降低干擾的有效手段. Protel for Windows V1.5能提供 16個銅線層和4個電源層,合理選擇層數能大幅度降低印板尺寸,能充分利用中間層來設置屏蔽,能更好地實現就近接地,能有效地降低寄生電感,能有效縮短信號的傳輸長度,能大幅度地降低信號間的交叉干擾等等,所有這些都對高頻電路的可靠工作有利.有資料顯示,同種材料時,四層板要比雙面板的噪聲低20dB.但是,板層數越高,制造工藝越復雜,成本越高.

      (2)高速電路器件管腳間的引線彎折越少越好.高頻電路布線的引線最好采用全直線,需要轉折,可用45度折線或圓弧轉折,這種要求在低頻電路中僅僅用于提高鋼箔的固著強度,而在高頻電路中,滿足這一要求卻可以減少高頻信號對外的發射和相互間的耦合.用Protel布線時可在以下兩處預先設置,一是在“Options”菜單的“Track Mode”子菜單中預約以 45/90 Line或 90 Arc/Line方式布線,二是在“Auto”菜單的“Setup Autorouter…”項所打開的Routing Passes”對話框中選定“Add Arcs”,以便自動布線結束時使轉角圓弧化.

      (3)高頻電路器件管腳間的引線越短越好.Protel滿足布線最短化的最有效手段是在自動市線前對個別重點的高速網絡進行“布線”預約.首先,打開“Netlst”菜單的“Edit Net”子菜單,會出現一個“Change Net”對話框,把此對話框中的“OptimizeMethod(布線優化模式)”選為“Shortest(最短化)”Rp可.其次,從整體考慮,元件布局時用“Auto”中Placement Tools-Shove’和“Auto”中的“Density(密度檢查)”來對比調整,使元件排列緊湊,并配合“Netlist”菜單中的“Length”功能和“Info”菜單中的Lengthof selection”功能,對所選定的需最短化的重點網絡進行布線長度測量.

     (4)高頻電路器件管腳間的引線層間交替越少越好.所謂“引線的層間交替越少越好”是指元件連接過程中所用的過孔(Via)越少越好,據測,一個過孔可帶來約0.5 pF的分布電容,減少過孔數能顯著提高速度.Protel軟件專門提供了這一功能,它在 Auto菜單的Setup Autorouter…”項所打開的Routing Passes”對話框中,有一個“Advanced”欄目,把其中的“Smoothing”設為接通即可.

     (5)高頻電路布線要注意信號線近距離平行走線所引入的“交叉干擾”,若無法避免平行分布,可在平行信號線的反面布置大面積“地”來大幅度減少干擾.同一層內的平行走線幾乎無法避免,但是在相鄰的兩個層,走線的方向務必取為相互垂直,這在Protel中不難辦到但卻容易忽視.在“Auto”菜單的“Setup Autorouter…項所打開的Routing Lagers對話框中允許對每一層的走線方向進行預定,供預選的方向有三種:“Horizontal、Vertical和 No Prefer-ence”,不少用戶習慣選用“No Preference(無特定取向)”,認為這樣布通率高,但是,在高頻電路布線中最好在相鄰層分別取水平和豎直布線交替進行.同一層內的平行走線無法避免,但可以在印板反面大面積敷設地線來降低干擾(這是針對常用的雙面板而言,多層板可利用中間的電源層來實現這一功能),Protel軟件過去只提供了簡單的“Fill”功能來應付這種需求,現在Windows下的Protel除此之外還在“Edit”菜單的“Place”選項中提供了更強大的放置“Polygon Plane”的功能,即:多邊形柵格(條)銅箔面,如果在放置它時就把多邊形取為整個印板的一個面,并把此柵格(條)與電路的GND網絡連通,那么,該功能將能實現整塊電路板的某一面的“鋪銅”操作,經過“鋪銅”的電路板除能提高剛才所講的高頻抗干擾能力外,還對散熱、印板強度等有很大好處,另外,在電路板金屬機箱上的固定處若加上鍍錫柵條,不僅可以提高固定強度,保障接觸良好,更可利用金屬機箱構成合適的公共線.在軟件菜單中打開此功能后可見到一個“Place Polygon Plane對話框,它會問你是否要把所放置的多邊形柵格(條)與網絡接通(connect net),若接通該項,退出對話框時將提示你給出欲接通的網絡名,給定接通GND網絡將能起到屏蔽層的作用.同時還會問你“鋪銅”的圖案是用水平條(horizonta)、豎直條(vertica)還是柵格(兩者都選即可).選用柵格將會有較好的屏蔽效果,同時,柵格網的尺寸(習慣稱作為“目”)確定依據所要重點屏蔽的干擾頻率而定.

     (6)對特別重要的信號線或局部單元實施地線包圍的措施.該措施在Protel軟件中也能自動實現,它就是“Edit”菜單的“Place”下的“Outline Select-ed Items”,即:繪制所選對象的外輪廓線.利用此功能,可以自動地對所選定的重要信號線進行所謂的“包地”處理,當然,把此功能用于時鐘等單元局部進行包地處理對高速系統也將非常有益.

     (7)各類信號走線不能形成環路,地線也不能形成電流環路.Protel自動布線的走線原則除了前面所講的最短化原則外,還有基于X方向、基于Y方向和菊花狀(daisy)走線方式,采用菊花狀走線能有效避免布線時形成環路.具體可打開"Netlist”菜單的“Edit Net”子菜單,出現一個“Change Net”對話框,把此對話框中的“Optimize Method(布線優化模式)”選為“Daisy Chain”即可.

     (8)每個集成電路塊的附近應設置一個高頻退耦電容.由于Protel軟件在自動放置元件時并不考慮退耦電容與被退耦的集成電路間的位置關系,任由軟件放置,使兩者相距太遠,退耦效果大打折扣,這時必須用手工移動元件(“ Edit”、“ Move”“component”)的辦法事先干預兩者位置,使之靠近.

     (9)模擬地線、數字地線等接往公共地線時要用高頻扼流環節.在實際裝配高頻扼流環節時用的往往是中心孔穿有導線的高頻鐵氧體磁珠,在電路原理圖上對它一般不予表達,由此形成的網絡表(netlist)就不包含這類元件,布線時就會因此而忽略它的存在.針對此現實,可在原理圖中把它當作電感,在PCB元件庫中單獨為它定義一個元件封裝,布線前把它手工移動到靠近公共地線匯合點的合適位置上.