干貨！PCB布局&布線九大最全要點(diǎn)~

一、規(guī)則設(shè)置

使用EDA設(shè)計(jì)時(shí)，首先進(jìn)行PCB的規(guī)則設(shè)置，一般規(guī)則設(shè)置比較重要的有間距設(shè)置、物理規(guī)則、平面規(guī)則、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。分別展示立創(chuàng)EDA和Allegro的規(guī)則設(shè)置界面。

立創(chuàng)EDA的規(guī)則設(shè)計(jì)更直觀，而Allegro的規(guī)則設(shè)置則更全面。

具體的規(guī)則設(shè)置則是根據(jù)當(dāng)前繪制PCB來(lái)決定的，同時(shí)需要參考板廠生產(chǎn)工藝給定的參數(shù)來(lái)進(jìn)行設(shè)置。如嘉立創(chuàng)打板時(shí)，多層板線距要求大于3.5mil時(shí)不額外收取工藝費(fèi)，這時(shí)就需要在安全距離的導(dǎo)線到導(dǎo)線的距離中設(shè)置為至少3.5mil/0.089mm。

二、CPU及DDR布局要點(diǎn)

在這些模塊中CPU和DDR均為BGA封裝，此部分布線有難度，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先處理。CPU和DDR的布局可參照下圖。

本圖只是示意圖，放置的最終目的是限制最大布線長(zhǎng)度并流出適當(dāng)?shù)牟季€空間。

用于DDR電路的區(qū)域必須與其他信號(hào)隔離開(kāi)，如下圖所示。這個(gè)禁止區(qū)域的大小應(yīng)該根據(jù)DDR的放置和布線決定。對(duì)于非DDR信號(hào)，不能在禁止區(qū)域內(nèi)的DDR信號(hào)層上走線。只有在通過(guò)接地層與DDR信號(hào)層隔離開(kāi)來(lái)的其他層上布線時(shí)，非LPDDR才能在該區(qū)域中布線。一般走線時(shí)應(yīng)該盡量將該區(qū)域繞過(guò)。

如上圖所示，本次布局CPU和DDR采用此布局，灰色部分則是DDR隔離區(qū)，DDR信號(hào)可以在這里放置，非DDR則最好不要經(jīng)過(guò)這個(gè)區(qū)域，并且使用包地的方式進(jìn)一步隔離該區(qū)域。

三、CPU及DDR布線要點(diǎn)

走線時(shí)應(yīng)該盡量滿足3W規(guī)則，即兩條導(dǎo)線中心的距離至少為線寬的三倍（如導(dǎo)線線寬5mil，兩條導(dǎo)線中心距離應(yīng)為15mil，兩導(dǎo)線邊距則是10mil，即2W）。這樣布線能有效防止信號(hào)之間的串?dāng)_。

布信號(hào)線時(shí)應(yīng)注意阻抗匹配以及等長(zhǎng)布線。等長(zhǎng)布線時(shí)先將各組線分組設(shè)置，這個(gè)功能在立創(chuàng)EDA和Cadence中均可實(shí)現(xiàn)，詳見(jiàn)另一篇文檔。阻抗匹配：?jiǎn)味?0Ω，差分100Ω。計(jì)算阻抗匹配的工具有很多，如果是在嘉立創(chuàng)進(jìn)行繪制可以直接使用嘉立創(chuàng)阻抗計(jì)算神器，也可以使用如ICD Stackup Planner、SI9000等專業(yè)阻抗計(jì)算軟件。

同組信號(hào)中優(yōu)先拉差分信號(hào)線，同時(shí)需要留足空間以方便后續(xù)做等長(zhǎng)。

設(shè)置參考平面，這個(gè)參考平面一般為地平面，因此設(shè)計(jì)時(shí)需定義好疊層。信號(hào)線盡量不走頂層和底層，而是走中間層，因?yàn)橹虚g層的數(shù)據(jù)傳輸速率相較于頂層和底層快，頂層和底層少走線也利于擺放器件。

分別展示Allegro和立創(chuàng)EDA的疊層管理器，六層板的疊層設(shè)計(jì)一般為信號(hào)層——地平面——信號(hào)層——地平面——電源層——信號(hào)層。這樣設(shè)置可以保證信號(hào)線的參考平面總為地平面。

四、電源部分布局布線要點(diǎn)

本設(shè)計(jì)電源較多且多使用DCDC電源芯片，因此電源部分布線一定要注意一下事項(xiàng)：

典型電路：一般典型電路都可以從數(shù)據(jù)手冊(cè)中找到，如本次使用的DCDC電源芯片SY8089A：

設(shè)計(jì)時(shí)需要參考官方手冊(cè)給出的典型電路來(lái)選取各元器件的值。同時(shí)，部分元器件的數(shù)值選取可以參考數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出的計(jì)算公式計(jì)算，以匹配自己設(shè)計(jì)的電路。

電流路徑：

回流路徑如紅色箭頭所示，其中C1、C2是輸入和輸出電容，這兩個(gè)電容的作用為減小輸入電流和輸出電壓的紋波。

器件布局：

其中輸入電容對(duì)于任何降壓型轉(zhuǎn)換器件來(lái)說(shuō)都是實(shí)現(xiàn)其可靠操作的重要器件。因此，在放置完IC后應(yīng)該首先安放輸入電容。放置了輸入電容后立即布線將之與IC連接，這樣在其走線排布的路徑中就不會(huì)有其他的器件及走線穿過(guò)了。輸入電容的電源與接地之間以及IC的VIN和GND之間的額外寄生電感將由于開(kāi)關(guān)動(dòng)作而產(chǎn)生過(guò)大的電壓尖峰（V=L*di/dt），這個(gè)電壓尖峰有可能導(dǎo)致IC故障。

所以，輸入電容應(yīng)該盡可能靠近IC引腳，且走線盡可能粗、短，利用如此連接方式盡可能的減小寄生電感。

在布局中，第二重要的是電感。電感盡量放置在靠近IC處，并保持盡可能小的SW節(jié)點(diǎn)鋪銅面積。連接SW節(jié)點(diǎn)的所有銅箔相當(dāng)于電容的一塊極板，而另一塊極板則是電路中的每一點(diǎn)，這個(gè)電容是一個(gè)噪聲耦合路徑。通過(guò)使SW節(jié)點(diǎn)很小，可以最大限度的減少電容極板的面積并減小耦合。

輸出電容是完成功率布線的最后一步。其為系統(tǒng)中連接至電源接地端的最終器件，而且它的擺放位置旨在盡可能縮短從電感器背部至電源接地的距離。輸出電容如果擺放不當(dāng)通常會(huì)引起不良的輸出電壓調(diào)節(jié)。

每種功率器件的安置和布線以盡量縮短它們之間的距離為宗旨。使這些環(huán)路面積保持很小可實(shí)現(xiàn)SMPS（即開(kāi)關(guān)模式電源）的最佳運(yùn)作。

除了功率器件外還有一些小信號(hào)器件，如：EN（使能）、FB（反饋）、PG（檢測(cè)）等。噪聲較高的功率器件及其節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生噪聲，而模擬小信號(hào)器件容易受到噪聲干擾。所以應(yīng)該采用簡(jiǎn)短和直接的布線將這些器件布局在靠近IC的地方，以盡量防止噪聲對(duì)其的影響。特別需要注意，必須盡可能使FB節(jié)點(diǎn)保持小巧，以最大限度地減少噪聲并提供優(yōu)良的輸出電壓調(diào)節(jié)能力。

五、HDMI布局布線要點(diǎn)

HDMI連接器中有四對(duì)最小化傳輸差分數(shù)字信號(hào)（TMDS）通道；熱插拔檢測(cè) (HPD) 通道，可檢測(cè)何時(shí)建立連接；消費(fèi) 類電子控制 (CEC) 通道，允許用戶通過(guò) HDMI 控制器件；實(shí)用通道，用于 HDMI 以太網(wǎng)或音頻返回通道；SDA 和 SCL 通道，可提供 I2C 控制；以及最后一個(gè)通道，可提供 5V 電源。

為了防止ESD故障，可以通過(guò) HDMI 連接器將 5V 工作電壓、TVS 二極管放置在各通道上。此外TMDS通道為高速線（對(duì)于 HDMI 2.0 而言可達(dá)18Gbps），放置在這些高速布線上的 ESD 保護(hù)二極管要求電容足夠低，以保持信號(hào)完整性并滿 足 HDMI 合規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。

ESD器件在布局上應(yīng)該盡可能靠近HDMI引腳，但是也不能太近，考慮到焊接，其距離最好控制在烙鐵頭能夠焊接的距離上（1.5mm左右）；

HDMI中六個(gè)TMDS通道為三組差分信號(hào)，在布線時(shí)按照差分線規(guī)則引線，換層布線盡量不要超過(guò)兩次，盡可能不打孔換層。差分對(duì)走線需要做100Ω阻抗匹配，阻抗匹配在CPU及DDR布線中有提到。使用堅(jiān)實(shí)的電源層和接地層來(lái)實(shí)現(xiàn) 100Ω 阻抗控制，以及電源噪聲最小化。即差分走線下面應(yīng)該是完整的參考平面。

HDMI接口的5V電源靠近接口來(lái)放置即可，不宜太遠(yuǎn)；

HDMI走線<3000mil，并行走到連接處即可，不要使用蛇形走線；

差分對(duì)內(nèi)等長(zhǎng)誤差<200mil，差分對(duì)間盡量等長(zhǎng)，誤差<1000mil即可；

盡可能使HDMI連接器和器件之間的電氣長(zhǎng)度保持最短，從而使衰減最小化。

六、WIFI模塊布局布線要點(diǎn)

Linux開(kāi)發(fā)板中WIFI使用模塊RTL8189ETV，因此布局布線重點(diǎn)在天線的放置位置處。模塊需要自己搭建射頻電路（RFIOP)。

為保證損耗最小，RF走線盡量短，元件之間盡量排緊湊一些；RF走線盡量走直線，不要使用直角走線，走線寬度以及走線和外圍 GND 的間距推薦0.5mm。因PCB 板材和介質(zhì)會(huì)影響 RF 走線阻抗，為保證 RF 走線的阻抗為 50Ω，可以適當(dāng)調(diào)整走線寬度以及走線和外圍 GND 的間距。

RF盡量一字走線，如果空間受限無(wú)法一字走線，可使用L形走線，但不能使用U形走線。

RF走線四周一定要包地處理，上下層通過(guò)GND過(guò)孔連接。

射頻部分布局盡量靠近板邊，盡可能遠(yuǎn)離強(qiáng)輻射信號(hào)（高速信號(hào)等）。

七、EMAC布局布線要點(diǎn)

Linux開(kāi)發(fā)板中使用了兩個(gè)以太網(wǎng)接口，其中一個(gè)使用以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換芯片。以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換芯片PHY和變壓器之間的距離也應(yīng)該盡可能的短，距離一般不超過(guò)127mm，若RJ45接口自帶變壓器，則以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換芯片盡可能的靠近RJ45接口放置。時(shí)鐘電路應(yīng)當(dāng)盡可能的靠近以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換芯片，遠(yuǎn)離電路板的邊緣以及其它高頻信號(hào)、IO端口走線和其它磁性元器件。

八、TF卡布局布線要點(diǎn)

VCC_SD的電容需要靠近卡座引腳放置進(jìn)行濾波，遵循先大后小的原則。

TF卡盡量放置在板邊，方便插拔，ESD器件要靠近TF卡來(lái)放置，走線需要先經(jīng)過(guò)ESD器件再進(jìn)入SD卡，不要打孔穿；

TF卡走線為單端線，控制阻抗50歐姆；

所有的信號(hào)線盡量走在同一層，這樣有利于信號(hào)的一致性，走線與高頻信號(hào)隔開(kāi)，空間準(zhǔn)許的情況下，單根包地，空間緊張的情況下整組進(jìn)行包地處理，走線需要有完整的參考平面；

TF卡的時(shí)鐘信號(hào)，與其他信號(hào)線的間距保證20mil左右，有空間的情況下，包地處理；

組內(nèi)數(shù)據(jù)線不要相差太大，需要控制400mil以內(nèi)，走線總長(zhǎng)度不要太長(zhǎng)盡量控制在317.5mm之內(nèi)，以提高穩(wěn)定性和兼容性。

在打孔換層的地方加回流地過(guò)孔，縮短回流了路徑。

九、USB布局布線要點(diǎn)

USB應(yīng)該接口靠近板邊或結(jié)構(gòu)定位放置，伸出板邊一定位置(直插除外)，方便插拔；

注意ESD和USB的距離，留有一定的的間距，考慮后焊的情況；

在布局時(shí)，盡量使差分線路最短，以縮短差分線距離；

USB要走差分，阻抗控制為90歐姆，并包地處理，總長(zhǎng)度最好不要超過(guò)1800mil；

盡可能縮短走線長(zhǎng)度，優(yōu)先考慮對(duì)高速USB差分（RX、TX差分）的布線，USB差分走線在走線的時(shí)候，盡可以有的減少換層過(guò)孔，從而可以更好的做到阻抗的控制，避免信號(hào)的反射。

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