摘　要:結(jié)合tms320c6201 dsp 印刷電路板制作中的實際經(jīng)驗,闡述了外形與布局、電源與接地、電路靈
活性等設(shè)計規(guī)則,重點說明了dsp 分層布線方法及emi 濾波器的原理與設(shè)計,分析了多層高速電路pcb 設(shè)計
中有關(guān)可靠性、電磁兼容性等設(shè)計方面一些值得考慮的問題并提出了相應(yīng)的防止和抑制電磁干擾的方法.

關(guān)　鍵　詞:印刷電路板;高速電路;電磁兼容;電磁干擾; tms320c6201

　　印刷電路板(pcb) 是電子產(chǎn)品中電路元器件的支撐件,它提供電路元器件之間的電氣連接. 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,目前高速集成電路的信號切換時間已經(jīng)小于1ns , 時鐘頻率已達到幾百mhz , pcb 的密度也越來越高. pcb 設(shè)計的好壞對整個系統(tǒng)的抗干擾性能影響很大,直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性. 因此,在pcb 設(shè)計時,應(yīng)遵守相應(yīng)的設(shè)計規(guī)則,符合電磁兼容性的要求.tms320c6201 是ti 公司1997 年推出的dsp 芯片,200 mhz 時鐘的c6201 峰值性能可以達到2 400 mops . 如此高的時鐘頻率,對pcb的電磁兼容性設(shè)計提出了很高的要求.

1 　電磁兼容性與電磁干擾

電磁兼容性( emc)是指電子設(shè)備在預(yù)期的電磁環(huán)境中能夠協(xié)調(diào)、有效地進行工作的能力. 其目的是使電子設(shè)備既能抑制各種外來的干擾,又能減少其本身對其他電子設(shè)備的電磁干擾. 電磁干擾( emi) 的來源主要有本電子設(shè)備內(nèi)部形成的干擾以及外界耦合到本電子設(shè)備形成的干擾.針對電子設(shè)備內(nèi)部的干擾,主要通過合理的pcb 電磁兼容性設(shè)計加以防止和抑制;而針對外界干擾,則可通過電磁屏蔽措施切斷其耦合途徑加以解決. 本文主要對前者加以闡述.

2 　pcb 及電磁兼容性設(shè)計
2. 1 　外形與布局
從生產(chǎn)工藝考慮,印刷電路板一般采用長寬比不太懸殊的矩形. pcb 尺寸不宜過大,否則導(dǎo)線過長易引起電磁干擾. 導(dǎo)線或器件離pcb 板邊緣距離不小于2 mm. ti6000 系列dsp 功耗比較大,電源穩(wěn)壓塊應(yīng)布置在離通風(fēng)口較近的板邊緣,電源塊下鋪銅以利于散熱,發(fā)熱較大的還可加散熱片.合理的元器件布局,可減少各單元電路間的相互干擾. 大功率低速電路、模擬電路和數(shù)字電路應(yīng)分塊布局. 在各分塊內(nèi),以該分塊內(nèi)核心元件為
中心進行布局,盡量縮短各元器件間的引線連接.

2. 2 　電源與接地
電源與接地的正確設(shè)計,對于抑制電磁干擾來說至關(guān)重要. 電源線和地線盡量寬以減小電阻.數(shù)字電路與模擬電路要分開接地. 數(shù)字電路的地可構(gòu)成閉環(huán)以提高抗噪聲性能[3 ] . 在電路板層數(shù)允許的條件下,可設(shè)置電源層和地層,或者通過割電源、割地以獲得較大的電源或地面積.一般每片集成電路的電源都應(yīng)加一個0.1μf的去耦電容. 對于tms320c6201 等大型芯片,可相應(yīng)地增加去耦電容的數(shù)量.電源穩(wěn)壓塊所需濾波電容較大,但電容過大時,充放電時間會加長,電源電壓上升緩慢. 為了保證dsp 對電源穩(wěn)定時間的限制,電源濾波電容并不是越大越好.

2. 3 　布線規(guī)則
當傳輸信號的信號線長度大于該信號對應(yīng)的波長時,這條信號線就應(yīng)該被看作是傳輸線,傳輸線上的分布電容和分布電感不可忽略,且容易產(chǎn)生電磁輻射. 在pcb 布線時,使導(dǎo)線盡可能的短,導(dǎo)線的拐彎成鈍角,而不要成小于90°的角,以減少高頻信號對外的輻射. 多層板布線時,上下兩面的導(dǎo)線應(yīng)相互垂直或斜交,避免平行走線. 最好的辦法是在兩層信號線中間夾一層地層加以隔離.在同一層布線時也要避免長距離平行走線,以減少相互間的串擾. 對于頻率較高的接口線,采用屏蔽線連接. 帶引線的電阻電容等元件要盡量減小引線長度. 導(dǎo)孔根據(jù)工藝要求選擇合適的孔徑,孔徑太大不利于布線,太小又容易引入電阻.

tms320c6201有352個引腳,采用bga 封裝. 考慮到布線的難度,建議采用6 層或8 層的電路板. tms320c6201 周圍布線密度很高,最好首先對dsp 布線. 布線時,最外圈和第2 圈的引腳可在頂層引出,第3 圈可在第2 層引出,依此類推.dsp 分層布線的方法如圖1 所示. 根據(jù)dsp焊接工藝要求,板上焊點要比dsp 焊球直徑略小(約小0. 1 mm) .

圖1 　dsp 分層的布線方法

2. 4 　晶振與emi 濾波器

晶振是dsp 的心臟, tms320c6201 一般都工作在100 mhz 以上,為保證其穩(wěn)定工作,晶振及其輔助元件應(yīng)盡量靠近dsp ,時鐘信號線也要較寬. 為防止振蕩信號串入其他電路,晶振下面不要走其他信號線.tms320c6201 時鐘鎖相環(huán)( pll) 需要一個emi 濾波器與之配套工作,以防止pll 的電源干擾,emi 濾波電路如圖2 所示.

圖2 　emi 濾波電路
圖2 中的emi 濾波器推薦采用tdk公司的acf4518322153-t ,它相當于一個帶通濾波器,插入損耗—頻率特性如圖3 所示. 晶振的頻率剛好落在emi 濾波器阻帶范圍(11～70 mhz) 內(nèi),這樣pll 外部的相同頻率諧波就不會通過電源串入鎖相環(huán),晶振頻率也不會串入電源影響外部電路.

圖3 　emi 濾波