电源适配器PCB布局､布线设计

在早期的电源适配器PCB设计工具中,布局有专门的布局软件,布线也有专门的布线软件,两者之间没什么联系｡随着球栅阵列封装的高密度单芯片､高密度连接器､微孔内建技术以及3D板在PCB设计中的应用,布局和布线已越来越一体化,并成为设计过程的重要组成部分｡自动布局和自由角度布线等软件技术已渐渐成为解决这类高度一体化问题的重要方法利用此类软件能在规定时间范围内设计出可制造的电路板｡在目前电源适配器产品上市时间越来越短的情况下,手动布线极为耗时,不合时宜｡因此,现在要求布局､布线工具应具有自动布线功能以快速响应市场对产品设计提出的要求｡设计约束条件

  由于要考虑适配器电磁兼容(EMC)及电磁干扰､串扰､信号延迟和差分对布线等高密度设计因素,布局､布线的约東条件每年都在增加｡例如,在几年前,一般的电源电路板仅需6个差分对来进行布线,而现在则需600对｡在一定时间内仅依赖手动布线来实现这600对布线是不可能的因此自动布线工具必不可少的尽管与几年前相比,当今设计中的节点(Net)数目没有大的改变,只是硅片复杂性有所增加,但是设计中重要节点的比例大大增加了｡

当然,对于某些特别重要的节点,要求布局､布线工具能够加以区分,但无需对每个管脚或节点都加以限制｡(1)自由角度布线随着单片器件上集成的功能越来越多,其输出管脚数目也大大增加,但其封装尺寸并没随之扩大,再加上管脚间距和阻抗因素的限制,这类器件必须采用更细的线宽｡适配器产品尺寸的总体减小也意味着用于布局､布线的空间也大大减小了｡在某些电子产品中,底板的大小与其上器件大小相差无几,元件占据的板面积高达80%｡

某些高密度元件管脚交错,即使采用具有45°布线功能的工具也无法进行自动布线｡尽管45°布线工具能对某些恰成45°的线段进行完美的处理,但自由角度布线工具具有更大的灵活性,并能最大程度地提高布线密度｡

拉紧( pull-tight)功能使每个节点在布线后自动缩短以适应空间要求,它能大大降低信号延迟,同时降低平行路径数,有助于避免串扰的产生｡尽管自由角度设计具有可制造性,并且性能良好,但是这种设计会导致主板看起来不如以前的设计美观｡2)高密度器件我量

  最新的高密度系统级芯片采用BGA或COB封装,管脚间距日益减小｡球间距已低至1mn,并且还会继续降低,导致封装件信号线不可能采用传统布线工具来引出｡目前有两种方法可解决这个问题:一是通过球下面的孔将信号线从下层引出;二是采用极细布线和自由角度布线在球栅阵列中找出一条引线通道｡对这种高密度器件而言,采用宽度和空间极小的布线方式是惟一可行的,只有这样才能保证较高的成品率｡现代的布线技术也要求能自动地应用这些约束条件｡用:自由布线方法可减少布线层数,降低产品成本｡同时也意味着在成本不变的情况下,可以增加一些接地层和电源适配器层来提高信号完整性和EMC性能｡

一台性能优良的电子设备,除选择高质量的元器件和合理的电路外,PCB的元件布局和电气连线方向的正确结构设计是决定电子设备能否可靠工作的一个关键问题,对同一种元件和参数的电路,由于元件布局设计和电气连线方向的不同会产生不同的结果,其结果可能存在很大的差异｡因而,必须把如何正确设计PCB元件布局的结构和正确选择布线方向及整体电子设备的工艺结构三方面联合起来考虑｡合理的工艺结构,既可消除因布线不当而产生的噪声干扰,同时也便于生产中的安装､调试与检修等｡

  PCB是电源适配器中电路元件和器件的支撑件,提供电路元件和器件之间的电气连接｡随着电子技术的飞速发展,PCB的密度越来越高｡PCB设计的好坏对抗干扰能力影响很大,因此在进行PCB设计时必须遵守PCB设计的一般原则,并应符合抗干扰设计的要求｡要使电子电路获得最佳性能,元器件的布局及导线的布设是很重要的｡由于优良的“结构”没有一个严格的“定义”和“模式”,因此每一种电子设备的结构必须根据具体要求(电气性能､整机结构安装及面板布局等要求),采取相应的结构设计方案,并对几种可行设计方案进行比较和反复修改｡印刷板电源适配器和地总线的布线结构选择因模拟电路和数字电路在元件布局图的设计和布线方法上有许多相同和不同之处｡模拟电路中,由于放大器的存在,由布线产生的极小噪声电压都会引起输出信号的严重失真;在数字电路中,TTL噪声容限为0.4~0.6V,CMOS噪声容限为Vc的0.3~0.45倍,故数字电路具有较强的抗干扰能力｡良好的电源和地总线方式的合理选择是电子设备可靠工作的重要保证,相当多的干扰源是通过适配器和地总线产生的,其中地线引起的噪声干扰最大｡