PCB布线设计（六）

发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:370

　　对于12位传感系统的布线，应用的电路是一负载单元电路，该电路可精确测量传感器上施加的重量，然后将结果显示在lcd显示屏上。系统电路原理图如图1所示。采用的负载单元是omega公司的lcl-816g。lcl-816g传感器模型是由四个电阻元件组成的桥，需电压激励。将5v激励电压加在传感器高端，施加900g最大激励时，满刻度输出摆幅为±10mv差分信号。该小差分信号被双运放仪表放大器放大。

　　根据电路精度要求，选择一个12位a/d转换器。当转换器将输入端的电压进行数字化后，数字码经转换器spi端口发送到单片机。然后，单片机用查找表将来自a/d转换器的数字信号转换为重量。此时如需要的话，线性化和标定工作可由控制器代码实现。完成这一步后，结果送到lcd显示器。最后一步是为控制器写固件。电路设计好之后，即可设计印刷电路板和布线了。

　　查看这个完整的电路原理图时，若使用自动布线工具，经常要返回来对布线做很大的修改。如果自动布线工具可以实现布线限制，可能还有成功的可能性。如果自动布线工具没有限制选项的话，最好不要使用自动布线工具。

图1 负载单元传感器输出端的信号由双运放仪表放大器放大，然后由12位a/d转换器mcp3201滤波和数字化。每次转换的结果显示在lcd显示屏上。

图2 在精度高于12位的电路中，pcb上有源元件的放置很重要。要将高频元件和数字器件尽量靠近接插件放置。

图3 图1电路的顶层布线和底层布线，此布线中没有地平面和电源平面。注意：为降低电源线的感抗，电源线要比信号线宽很多。

图4 在没有地平面或电源平面的pcb(pcb布线如图3所示)中，对a/d转换器输出4096次采样的柱状图。电路的噪声码宽度为15个码。

布线的一般准则

　　器件布局

　　既然是采用手工布线，那么第一个步骤是在板上放置器件。将噪声敏感器件和产生噪声器件分开放置。完成这个任务有两个准则：

　　1. 将电路中器件分成两大类：高速(>40mhz)器件和低速器件。如果可能的话，将高速器件尽量靠近板的接插件和电源放置。

　　2. 将上述大类再分成三个子类：纯数字、纯模拟和混合信号。将数字器件尽量靠近板的接插件和电源放置。

　　电路板的布线策略要符合图2所示的器件布局图。注意图2a中高速器件、低速器件与电路板的接插件和电源之间的关系。在图2b中，数字器件最靠近电路板的接插件和电源，与其它数字和模拟电路分离开了。纯模拟器件距离数字器件最远，以确保开关噪声不会耦合到模拟信号路径中。a/d转换器的布线策略在本刊2004年1月中有详细论述。

　　地和电源策略

　　确定了器件的大体位置后，就可以定义地平面和电源平面了。实现这些平面是需要一些策略技巧的。

　　在pcb中不使用地平面是很危险的，尤其是在模拟和混合信号设计中。其一，因为模拟信号是以地为基准的，地噪声问题比电源噪声问题更难应对。例如，在图1所示电路中，a/d转换器(mcp3201)的反相输入引脚是接地的；二，地平面还对噪声有屏蔽作用。采用地平面可以很容易解决这些问题，但是，如果没有地平面，要克服这些问题几乎是不可能的。

　　这里，假设不需要地平面。图1所示的电路无地平面布线，如图3所示。
“不需要地平面”的理论还行得通吗？这可以通过数据来验证。在图4中，对a/d转换器进行了4096次采样并记录了数据。在采集数据时，没有在传感器上施加激励。采用这种电路布线，控制器专用于与转换器接口，并将转换器的结果发送到lcd显示器。