Protel
軟件在高頻電路布線(xiàn)中的技巧
發(fā)表于：2009-01-14 17:24:01
Protel
軟件在高頻電路布線(xiàn)中的技巧
數(shù)字器件正朝著高速、低耗、小體積、高抗干擾性的方向發(fā)展，這一發(fā)展趨勢(shì)對(duì)印刷電路板的設(shè)計(jì)提出了很多新要求。Protel
軟件在國(guó)內(nèi)的
應(yīng)用已相當(dāng)普遍，然而，不少設(shè)計(jì)者僅僅關(guān)注于Protel
軟件的“布通率”，對(duì)Protel
軟件為適應(yīng)
器件特性的變化所做的改進(jìn)并未用于設(shè)計(jì)中，這不僅使得
軟件資源浪費(fèi)較嚴(yán)重，更使得很多新
器件的優(yōu)異性能難以發(fā)揮。本文擬在簡(jiǎn)介高頻電路布線(xiàn)一般要求的同時(shí)，以Protel for Windows V1.5
軟件為例來(lái)介紹一下高頻電路布線(xiàn)時(shí)Protel
軟件能提供的一些特殊對(duì)策。
(1) 高頻電路往往集成度較高，布線(xiàn)密度大，采用多層板既是布線(xiàn)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(gè)銅線(xiàn)層和4個(gè)
電源層，合理選擇層數(shù)能大幅度降低印板尺寸，能充分利用中間層來(lái)設(shè)置屏蔽，能更好地實(shí)現(xiàn)就近接地，能有效地降低寄生電感，能有效縮短信號(hào)的傳輸長(zhǎng)度，能大幅度地降低信號(hào)間的交叉干擾等等，所有這些都對(duì)高頻電路的可靠工作有利。有資料
顯示，同種材料時(shí)，四層板要比雙面板的
噪聲低20dB。但是，板層數(shù)越高，制造工藝越復(fù)雜，成本越高。
(2)高速電路
器件管腳間的引線(xiàn)彎折越少越好。高頻電路布線(xiàn)的引線(xiàn)最好采用全直線(xiàn)，需要轉(zhuǎn)折，可用45對(duì)慧線(xiàn)或圓弧轉(zhuǎn)折，這種要求在低頻電路中僅僅用于提高鋼箔的固著強(qiáng)度，而在高頻電路中，滿(mǎn)足這一要求卻可以減少高頻信號(hào)對(duì)外的發(fā)射和相互間的耦合。用Protel布線(xiàn)時(shí)可在以下兩處預(yù)先設(shè)置，一是在“Options”菜單的“Track Mode”子菜單中預(yù)約以 45／90 Line或 90 Arc／Line方式布線(xiàn)，二是在“Auto”菜單的“Setup Autorouter…”項(xiàng)所打開(kāi)的Routing Passes”對(duì)話(huà)框中選定“Add Arcs”，以便自動(dòng)布線(xiàn)結(jié)束時(shí)使轉(zhuǎn)角圓弧化。
(3) 高頻電路
器件管腳間的引線(xiàn)越短越好。Protel滿(mǎn)足布線(xiàn)最短化的最有效手段是在自動(dòng)市線(xiàn)前對(duì)個(gè)別重點(diǎn)的高速網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行“布線(xiàn)”預(yù)約。首先，打開(kāi) “Netlst”菜單的“Edit Net”子菜單，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“Change Net”對(duì)話(huà)框，把此對(duì)話(huà)框中的“OptimizeMethod（布線(xiàn)優(yōu)化模式）”選為“Shortest（最短化）”Rp可。其次，從整體考慮，元件布局時(shí)用“Auto”中Placement Tools－Shove''和“Auto”中的“Density(密度檢查)”來(lái)對(duì)比調(diào)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(duì)所選定的需最短化的重點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行布線(xiàn)長(zhǎng)度
測(cè)量。
(4) 高頻電路
器件管腳間的引線(xiàn)層間交替越少越好。所謂“引線(xiàn)的層間交替越少越好”是指元件連接過(guò)程中所用的過(guò)孔（Via）越少越好，據(jù)測(cè)，一個(gè)過(guò)孔可帶來(lái)約 0.5 pF的分布電容，減少過(guò)孔數(shù)能顯著提高速度。Protel
軟件專(zhuān)門(mén)提供了這一功能，它在 Auto菜單的Setup Autorouter…”項(xiàng)所打開(kāi)的Routing Passes”對(duì)話(huà)框中，有一個(gè)“Advanced”欄目，把其中的“Smoothing”設(shè)為接通即可。
(5) 高頻電路布線(xiàn)要注意信號(hào)線(xiàn)近距離平行走線(xiàn)所引入的“交叉干擾”，若無(wú)法避免平行分布，可在平行信號(hào)線(xiàn)的反面布置大面積“地”來(lái)大幅度減少干擾。同一層內(nèi)的平行走線(xiàn)幾乎無(wú)法避免，但是在相鄰的兩個(gè)層，走線(xiàn)的方向務(wù)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(xiàng)所打開(kāi)的Routing Lagers對(duì)話(huà)框中允許對(duì)每一層的走線(xiàn)方向進(jìn)行預(yù)定，供預(yù)選的方向有三種：“Horizontal、Vertical和 No Prefer－ence”，不少用戶(hù)習(xí)慣選用“No Preference（無(wú)特定取向）”，認(rèn)為這樣布通率高，但是，在高頻電路布線(xiàn)中最好在相鄰層分別取水平和豎直布線(xiàn)交替進(jìn)行。同一層內(nèi)的平行走線(xiàn)無(wú)法避免，但可以在印板反面大面積敷設(shè)地線(xiàn)來(lái)降低干擾（這是針對(duì)常用的雙面板而言，多層板可利用中間的
電源層來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能），Protel
軟件過(guò)去只提供了簡(jiǎn)單的“Fill”功能來(lái)應(yīng)付這種需求，現(xiàn)在Windows下的Protel除此之外還在“Edit”菜單的“Place”選項(xiàng)中提供了更強(qiáng)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(shí)就把多邊形取為整個(gè)印板的一個(gè)面，并把此柵格（條）與電路的GND網(wǎng)絡(luò)連通，那么，該功能將能實(shí)現(xiàn)整塊電路板的某一面的“鋪銅”操作，經(jīng)過(guò)“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(duì)散熱、印板強(qiáng)度等有很大好處，另外，在電路板金屬機(jī)箱上的固定處若加上鍍錫柵條，不僅可以提高固定強(qiáng)度，保障接觸良好，更可利用金屬機(jī)箱構(gòu)成合適的公共線(xiàn)。在
軟件菜單中打開(kāi)此功能后可見(jiàn)到一個(gè) “Place Polygon Plane對(duì)話(huà)框，它會(huì)問(wèn)你是否要把所放置的多邊形柵格（條）與網(wǎng)絡(luò)接通（connect net），若接通該項(xiàng)，退出對(duì)話(huà)框時(shí)將提示你給出欲接通的網(wǎng)絡(luò)名，給定接通GND網(wǎng)絡(luò)將能起到屏蔽層的作用。同時(shí)還會(huì)問(wèn)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(huì)有較好的屏蔽效果，同時(shí)，柵格網(wǎng)的尺寸（習(xí)慣稱(chēng)作為“目”）確定依據(jù)所要重點(diǎn)屏蔽的干擾頻率而定。
(6)對(duì)特別重要的信號(hào)線(xiàn)或局部單元實(shí)施地線(xiàn)包圍的措施。該措施在Protel
軟件中也能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，它就是“Edit”菜單的“Place”下的“Outline Select－ed Items”，即：繪制所選對(duì)象的外輪廓線(xiàn)。利用此功能，可以自動(dòng)地對(duì)所選定的重要信號(hào)線(xiàn)進(jìn)行所謂的“包地”處理，當(dāng)然，把此功能用于時(shí)鐘等單元局部進(jìn)行包地處理對(duì)高速系統(tǒng)也將非常有益。
(7)各類(lèi)信號(hào)走線(xiàn)不能形成環(huán)路，地線(xiàn)也不能形成電流環(huán)路。Protel自動(dòng)布線(xiàn)的走線(xiàn)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(xiàn)方式，采用菊花狀走線(xiàn)能有效避免布線(xiàn)時(shí)形成環(huán)路。具體可打開(kāi)''Netlist”菜單的“Edit Net”子菜單，出現(xiàn)一個(gè)“Change Net”對(duì)話(huà)框，把此對(duì)話(huà)框中的“Optimize Method（布線(xiàn)優(yōu)化模式）”選為“Daisy Chain”即可。
(8) 每個(gè)
集成電路塊的附近應(yīng)設(shè)置一個(gè)高頻退耦電容。由于Protel
軟件在自動(dòng)放置元件時(shí)并不考慮退耦電容與被退耦的
集成電路間的位置關(guān)系，任由
軟件放置，使兩者相距太遠(yuǎn)，退耦效果大打折扣，這時(shí)必須用手工移動(dòng)元件（“ Edit”、“ Move”“component”）的辦法事先干預(yù)兩者位置，使之靠近。
(9)
模擬地線(xiàn)、
數(shù)字地線(xiàn)等接往公共地線(xiàn)時(shí)要用高頻扼流環(huán)節(jié)。在實(shí)際裝配高頻扼流環(huán)節(jié)時(shí)用的往往是中心孔穿有導(dǎo)線(xiàn)的高頻鐵氧體磁珠，在電路原理圖上對(duì)它一般不予表達(dá)，由此形成的網(wǎng)絡(luò)表（netlist）就不包含這類(lèi)元件，布線(xiàn)時(shí)就會(huì)因此而忽略它的存在。針對(duì)此現(xiàn)實(shí)，可在原理圖中把它當(dāng)作電感，在
PCB元件庫(kù)中單獨(dú)為它定義一個(gè)元件封裝，布線(xiàn)前把它手工移動(dòng)到靠近公共地線(xiàn)匯合點(diǎn)的合適位置上。
蛇形走線(xiàn)作用
轉(zhuǎn)帖]蛇形走線(xiàn)有什么作用?本人和同行討論也參考了一些資料，蛇形走線(xiàn)作用大致如下：希望大家補(bǔ)充糾正。
PCB 上的任何一條走線(xiàn)在通過(guò)高頻信號(hào)的情況下都會(huì)對(duì)該信號(hào)造成時(shí)延時(shí)，蛇形走線(xiàn)的主要作用是補(bǔ)償“同一組相關(guān)”信號(hào)線(xiàn)中延時(shí)較小的部分，這些部分通常是沒(méi)有或比其它信號(hào)少通過(guò)另外的邏輯處理；最典型的就是時(shí)鐘線(xiàn)，通常它不需經(jīng)過(guò)任何其它邏輯處理，因而其延時(shí)會(huì)小于其它相關(guān)信號(hào)。
高速
數(shù)字PCB板的等線(xiàn)長(zhǎng)是為了使各信號(hào)的延遲差保持在一個(gè)范圍內(nèi),保證系統(tǒng)在同一周期內(nèi)讀取的數(shù)據(jù)的有效性(延遲差超過(guò)一個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)會(huì)錯(cuò)讀下一周期的數(shù)據(jù)),一般要求延遲差不超過(guò)1/4時(shí)鐘周期,單位長(zhǎng)度的線(xiàn)延遲差也是固定的,延遲跟線(xiàn)寬,線(xiàn)長(zhǎng),銅厚,板層結(jié)構(gòu)有關(guān),但線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)會(huì)增大分布電容和分布電感, 使信號(hào)質(zhì)量,所以時(shí)鐘IC引腳一般都接RC端接,但蛇形走線(xiàn)并非起電感的作用,相反的,電感會(huì)使信號(hào)中的上升元中的高次諧波相移,造成信號(hào)質(zhì)量惡化,所以要求蛇形線(xiàn)間距最少是線(xiàn)寬的兩倍,信號(hào)的上升時(shí)間越小就越易受分布電容和分布電感的影響.
因?yàn)?a class="doin" style="COLOR: #000000" target="blank" name="inin">應(yīng)用場(chǎng)合不同具不同的作用,如果蛇形走線(xiàn)在電腦板中出現(xiàn)，其主要起到一個(gè)濾波電感的作用，提高電路的抗干擾能力，電腦主機(jī)板中的蛇形走線(xiàn)，主要用在一些時(shí)鐘信號(hào)中，如PCIClk,AGPClk，它的作用有兩點(diǎn)：1、阻抗匹配 2、濾波電感。對(duì)一些重要信號(hào)，如INTEL HUB架構(gòu)中的HUBLink,一共13根，跑233MHz，要求必須嚴(yán)格等長(zhǎng)，以消除時(shí)滯造成的隱患，繞線(xiàn)是唯一的解決辦法。一般來(lái)講，蛇形走線(xiàn)的線(xiàn)距>=2倍的線(xiàn)寬。PCI板上的蛇行線(xiàn)就是為了適應(yīng)PCI 33MHzClock的線(xiàn)長(zhǎng)要求。若在一般普通
PCB板中，是一個(gè)分布參數(shù)的 LC 濾波器，還可作為收音機(jī)天線(xiàn)的電感線(xiàn)圈，短而窄的蛇形走線(xiàn)可做保險(xiǎn)絲等等.
補(bǔ)充一：
采用蛇行線(xiàn)的確有助于提高主板、顯卡的穩(wěn)定性，有助于消除長(zhǎng)直布線(xiàn)在電流通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的電感現(xiàn)象，減輕線(xiàn)與線(xiàn)之間的串?dāng)_問(wèn)題，這一點(diǎn)在高頻率時(shí)表現(xiàn)得尤為明顯。當(dāng)然你也能夠通過(guò)減小布線(xiàn)的密度達(dá)到相同的效果。
有條件的朋友可以觀察一下手邊的主板。CPU插座-->北橋
芯片、北橋-->AGP插槽、頻率發(fā)生器背面、內(nèi)存DIMM槽附近，這些是集中使用蛇行線(xiàn)的地方。究其原因，還是這些都是工作在高頻，并且還需要穩(wěn)定的電流信號(hào)。
在PROTEL中一般先大致手工畫(huà)好線(xiàn)，然后把要設(shè)置的所有線(xiàn)為一個(gè)CLASS，選Tools/Equalize net lengths。
補(bǔ)充二：
減輕線(xiàn)與線(xiàn)的串?dāng)_最主要的就是增加線(xiàn)間距，而和繞蛇行無(wú)關(guān)，蛇行線(xiàn)反而會(huì)帶入導(dǎo)線(xiàn)自身的串?dāng)_問(wèn)題，計(jì)算機(jī)主版?zhèn)€部分信號(hào)對(duì)時(shí)序要求非常嚴(yán)格，所以必須對(duì)每種信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)度匹配，以滿(mǎn)足足夠的建立和保持時(shí)間，走蛇行線(xiàn)僅僅是和時(shí)序設(shè)計(jì)相關(guān)，和高頻信號(hào)完整性無(wú)關(guān)。我看過(guò)的國(guó)外多本信號(hào)完整性著作，還有
芯片組廠商的Guildline,均沒(méi)有要求設(shè)計(jì)者采用蛇行線(xiàn)走法，當(dāng)然會(huì)有走線(xiàn)長(zhǎng)度要求，但這只是符合時(shí)序規(guī)范要求。
