底板的設(shè)計和布局指南

1、底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 TechNexion 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 2021-7-3 1 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 TechNexion 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 2021-7-3 2 PCB層疊 3-5 底板功能底板功能EMI抑制抑制 6-14 I2C/SPI實(shí)例 15-18 UART/電平轉(zhuǎn)換實(shí)例電平轉(zhuǎn)換實(shí)例19-20 DSS/MMC實(shí)例實(shí)例 21-22 TV/CAN總線實(shí)例 23-24 目錄目錄 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 TechNexion 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 2021-7-3

2、3 PCB層疊層疊 PCB層疊建議：層疊建議： 推薦使用厚度為1.6毫米和60 歐姆阻抗（）基板4層印刷電路板 電源和地平面：電源和地平面： 下面的章節(jié)描述了典型的2，4，6層電路板疊層。4層的目標(biāo)設(shè)計是保持分離電源 層和接地層，外層的信號線。 兩層：兩層： 當(dāng)必須2層電路板設(shè)計時，可能的情況下信號線仍然需要連續(xù)的參考平面。 如果地平面不連續(xù)時，信號走線應(yīng)沿至少一個邊緣地平面或地線。 地平面去耦，如下圖所示，在圖中。允許短接時，應(yīng)連接到不同的地平面。 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 TechNexion 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 2021-7-3 4 PCB層疊層疊

3、四層：四層：頂部（1 層）- 信號與地平面，除另有說明。 層2 - 連續(xù)的地平面。信號被這層路由。 層3- 除了電源平面與地平面。信號線也可以布在這層，尤其是對MII / RMII總線 和MII / RMII CLK信號。 底部（層4）- 信號與地平面，除另有說明。 地平面去耦，如下圖 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 TechNexion 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 2021-7-3 5 PCB層疊層疊 6層 頂部（1 層）- 信號與地平面，除另有說明。 層2 - 整層地平面。在這一層上沒有信號線。 層3 - 信號層 層4 - 信號層 層5 - 除了電源層與地平面。信號

4、線也可以在這一層，如果需要的話，尤其是對 埋MII / RMII總線和MII / RMII CLK信號。 底部（6 層）- 信號與地平面，除另有說明。 電源0.1uF陶瓷去耦電容的接法，如下圖 6層PCB在少數(shù)復(fù)雜的布局情況下，縮小PCB尺寸 。 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 TechNexion 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 2021-7-3 6 底板功能底板功能EMI抑制抑制 LAN 元件布局：元件的布局會影響信號質(zhì)量，干擾，和組件溫度。合理的元件布局可以減少潛 在的EMI問題，并簡化 布線線任務(wù)。 如果磁場是一個離散的組件，那么場和 RJ-45之間的距離需要具有最

5、高的考慮 25mm（約 1英寸）的分離，參見圖 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 TechNexion 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 2021-7-3 7 底板功能底板功能EMI抑制抑制 PHY 的磁性之間的距離需要是25毫米（約1 英寸）或 更大。在PHY的供應(yīng)商， 25毫米（1英寸）規(guī)則被認(rèn)為是良好的設(shè)計 EMI考慮的做法。其目的是孤立的PHY的磁 性元件。 晶體振蕩器和配置電阻和電容必須放置12毫米內(nèi)（約500mils）PHY附近。 功率電源的去耦電容需要放置在7毫米（約280mils）處。 保持PHY 設(shè)備和差分傳輸對離電路板邊緣25毫米（約1 英寸）。如果磁性元件

6、 被集成到 RJ45，應(yīng)該布局在PCB邊緣，差分對應(yīng)該布在集成磁性 RJ45連接器的背面。 TXP / TXN 及RXP / RXN 49.9 歐姆差分線的上拉電阻應(yīng)布局在PHY設(shè)備10毫 米（約400mils）處?？纱_保在發(fā)射 TX和接收RX之間的路徑是相同的。 每個端口（TX 或RX）相關(guān)聯(lián)的信號應(yīng)該被獨(dú)立地匹配在長度為6毫米（約 240mils）。 以太網(wǎng)PHY啟動時的電壓引腳的大電阻需要位于20毫米（約800mils）內(nèi) ，以 確保在正確的VIH和VIL 的水平。 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 TechNexion 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 2021-7-3

7、 8 底板功能底板功能EMI抑制抑制 以太網(wǎng) PHY設(shè)備的高頻衰減普通模式可以在TX + / - 和RX + / - 信號添加電容器，如下 圖所示，在圖6-2中。的一端 每個電容器應(yīng)連接到系統(tǒng)接地平面上，并放置在 10毫米 （約400mils）的磁性元件。典型的電容值應(yīng) 在10pF和22pF電容。高于22pF電容的值 可能會產(chǎn)生負(fù)面影響的TX和 RX信號。 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 TechNexion 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 2021-7-3 9 底板功能底板功能EMI抑制抑制 直流電源進(jìn)入點(diǎn)可以加共模抑制器設(shè)計如下圖所示的PCB如圖6-3所示。降低干擾，

8、否則將干擾系統(tǒng)電源線。在一個額定的頻率下共模扼流圈會產(chǎn)生一些阻抗。選擇電抗 器的數(shù)目和鐵素體材料類型，以降低足夠的衰減，減少系統(tǒng)頻率不必要的排放量。 TX 和RX 差分對增加共模抑制器和EMI抑制電容器，如下圖所示。共模抑制器應(yīng)放置在 集成RJ45模塊10毫米（約 400mils）。典型的阻抗共模抑制器選擇應(yīng)該是2K歐姆 100 MHz或更高。 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 TechNexion 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 2021-7-3 10 底板功能底板功能EMI抑制抑制 一般情況下，MII / RMII接口信號可以直接傳送到MAC ，但終端電阻被列入RXCLK

9、， TXCLK，和所有其他的RX MII或RMII，額外的EMI抑制的接口信號。圖6-6顯示了這些 終端電阻。MII / RMII系列的終端應(yīng)設(shè)在10毫米（約400密耳）以太網(wǎng)設(shè)備附近，連接相 鄰的參考平面。為改善EMI，為改善EMI100歐姆串聯(lián)電阻是良好的設(shè)計。 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 TechNexion 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 2021-7-3 11 底板功能底板功能EMI抑制抑制 差分信號阻抗控制： 運(yùn)行在802.3-2005規(guī)范要求的TX和RX線在差分 模式下?！?TXP和TXN是一個差分對，并需要匹 配一個100歐姆的差分阻抗。RXP和RXN是

10、一個 差分對，并需要匹配一個100歐姆差分阻抗。 電路板設(shè)計人員在布局時，所有差分對必須保持 100歐姆差分阻抗的匹配。對于不同的介電層厚 度，銅的重量或電路板堆疊，線的寬度和間距， 需要重新計算。 1. 差分對線必須保持對稱。TXP和TXN的長度應(yīng)相 同，對稱形狀，長度，并通過計數(shù)對稱。RXP和 RXN也是相等的長度和對稱。例如，如果TXP穿 過8毫米通孔，然后TXN應(yīng)也通過8毫米通孔。 圖6-7顯示了TX / RX的線，走線長度和對稱性大 致相同。重要的是要保持的寬度和間距，提供微 分和差分阻抗符合802.3規(guī)范。避免使用90度轉(zhuǎn) 動，盡量減少阻抗不連續(xù)性。 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計

11、和布局指南 TechNexion 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 2021-7-3 12 底板功能底板功能EMI抑制抑制 4、隔離的TX / RX 線：TX / RX，必須和附近電路的信號隔離。保持于大于或等于5倍走線 的間距。不要將差分對的下部分。不要交叉TX / RX線、接地平面、其他電路板走線， 除TX / RX的接地平面。 5、晶體振蕩器：晶體振蕩器對其他信號雜散電容和噪聲很敏感。也會干擾其他信號，并導(dǎo) 致EMI噪聲。晶體的并聯(lián)電阻和負(fù)載電容應(yīng)放置在7毫米（約20mils）晶體附件?！?負(fù) 載電容的接地連接應(yīng)盡量短和寬的方式，加大電源線的回路電流。 已測試合格的磁組件推薦表：

12、 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 TechNexion 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 2021-7-3 13 底板功能底板功能EMI抑制抑制 通用串行總線（USB）是能夠工作在480 Mbps。在高速的數(shù)據(jù)傳輸速率下需要可靠地、 出色地信號完整性 。保持信號的完整性，PCB布局是一個重要的環(huán)節(jié)。本章提供有關(guān) PCB布局的建議。 USB 阻抗控制： USB 2.0規(guī)范要求的USB DP / DM線，差分阻抗維持在90歐姆。這類設(shè)計，線寬7mils， 最小線間距為14mils。這些數(shù)字是導(dǎo)出為13 mil接地參考平面的距離。連續(xù)的接地平面 正下方的DP / DM線或 DP /

13、 DM線的一側(cè)延伸的至少5倍的間距寬度。 保持接近90歐姆差分阻抗。對于不同的介電層厚度，銅重量或電路板疊層，走線寬度和 間距，需要重新計算。 DP / DM線的形狀和長度保持對稱。 1. 單端阻抗不作為關(guān)鍵差分阻抗匹配，42至78 歐姆范圍內(nèi)是可以接受的（共地，共模阻 抗為21歐， 39歐）。保持導(dǎo)線的寬度和間距，提供差模和共模阻抗兼容的USB規(guī)范。 使用45度轉(zhuǎn)動，以盡量減少阻抗不連續(xù)性。 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 TechNexion 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 2021-7-3 14 底板功能底板功能EMI抑制抑制 5、DP / DM 必須和附近電路的信號

14、隔離。保持于大于或等于 7mil 走線的5倍間距,不要交 叉DP / DM線、接地平面、其他電路板走線，除GP / DM的接地平面。 注1：只有通過一個USB 2.0集線器，USB 1.1設(shè)備可以連接到USB 2.0主機(jī)端口。 注2：USB 1.1設(shè)備可以直接連接到USB OTG端口 隔離屏蔽的USB連接器： USB完全支持USB-GO（OTG）PHY。下圖展示了Mini AB型連接器外殼是AC耦合到器 件的接地。同時殼體也是DC耦合接地，通過鐵氧體磁珠，F(xiàn)B2。行業(yè)慣例是只有主機(jī) 側(cè)電纜的屏蔽層接地。 這樣做是為了提供電纜屏蔽層，同時防止可能的接地電流流入 USB電纜如果主機(jī)和設(shè)備之間恰好有

15、電位差。如果設(shè)備運(yùn)行需要的話，會被告知要減少 之間線FB2。 因此，只有AC外殼接地連接器外殼就是AC地。 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 TechNexion 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 2021-7-3 15 I2C實(shí)例實(shí)例 IC：IC使用只有兩個雙向的漏極開路線路，串行數(shù)據(jù)線（SDA）和串行時鐘 （SCL）， 跟上拉電阻。 IC原理：建議使用4.7K的電阻，上拉SDA和SCL上。在實(shí)現(xiàn)高速IC時，應(yīng)使用較低 的值（例如470歐姆）。 標(biāo)準(zhǔn)的IC系統(tǒng)需要提供高邏輯中斷器件和上拉電阻的電平轉(zhuǎn)換 總線。（例如TXS0102 TI 2位雙向電壓電平轉(zhuǎn)換）這些上拉電阻的大小

16、取決于系統(tǒng)，但 每一側(cè)的中繼器必須有一個上拉電阻。該設(shè)備被設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)模式和快速IC接口器件， 除了SMBus器件。 一個通用3毫安標(biāo)準(zhǔn)模式I2C系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)模式I2C設(shè)備和多個主機(jī)是可 行的。在某些情況下，終止電流都可以使用。 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 TechNexion 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 2021-7-3 16 I2C實(shí)例實(shí)例 DS1337串行實(shí)時時鐘是一個具有兩個 可編程的低功耗時鐘，日歷，鬧鐘， 周期性中斷輸出。通過I2C串行總線傳 送地址和數(shù)據(jù)。需要一個高精度的 32.768KHz 晶體。 功能說明： 時鐘數(shù)據(jù)采用BCD 編碼。 能夠?qū)﹂c年的年月

17、日進(jìn)行自動處理。 具有告警功能，當(dāng)系統(tǒng)處于關(guān)機(jī)狀態(tài) 時，能產(chǎn)生告警中斷。 具有獨(dú)立的電源輸入。 提供毫秒級時鐘中斷，該中斷可用于 作為嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)核時鐘。 帶后備電池的實(shí)時時鐘 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 TechNexion 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 2021-7-3 17 SPI： 串行外圍接口,是Motorola首先在 其MC68HCXX系列處理器上定義 的。SPI接口主要應(yīng)用在 EEPROM、FLASH、實(shí)時時鐘、 AD轉(zhuǎn)換器，還有數(shù)字信號處理器 和數(shù)字信號解碼器之間。 在點(diǎn)對點(diǎn)的通信中，SPI接口不需 要進(jìn)行尋址操作，且為全雙工通 信，顯得簡單高效

18、。 多個從器件硬件連接示意圖在多 個從器件的系統(tǒng)中，每個從器件 需要獨(dú)立的使能信號，硬件上比 I2C系統(tǒng)要稍微復(fù)雜一些。 最后，SPI接口的一個缺點(diǎn)：沒有 指定的流控制，沒有應(yīng)答機(jī)制確 認(rèn)是否接收到數(shù)據(jù)。 SPI實(shí)例實(shí)例 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 TechNexion 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 2021-7-3 18 SPI實(shí)例實(shí)例 TI TSC2046是一個4線觸摸屏控制器， 支持低電壓I / O接口 從1.5V到5.25V。 TSC2046是一個典型的逐次逼近寄存器 （SAR)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC)。基 于電容再分配結(jié)構(gòu)，內(nèi)含一個采樣和保 持功能。 基本T

19、SC2046 觸控電路 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 TechNexion 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 2021-7-3 19 UART實(shí)例實(shí)例 通用異步接收器/發(fā)送器（UART）是一種“異步 接收器/發(fā)射器“，一塊在計算機(jī)硬件之 間平行和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的串行形式。UART中常用的通信標(biāo)準(zhǔn)，如結(jié)合 EIA RS-232，RS- 422或RS-485。 RS-232線路驅(qū)動器/接收器UART實(shí)例： TRS3386E是三個驅(qū)動器和兩個接收器RS-232接口設(shè)備，分離式電源引腳混合信號處 理器。 Twister 底板UART1作為調(diào)試端口。 在需要更多的UART的情況下，請檢查的

20、TAM-3517硬件手冊或聯(lián)系 的信息和建議。 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 TechNexion 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 2021-7-3 20 電壓電平轉(zhuǎn)換電壓電平轉(zhuǎn)換實(shí)例實(shí)例 TI TXS0102 雙位非-反相轉(zhuǎn)換器是一個雙向電壓電平轉(zhuǎn)換器和 可以用來建立數(shù)字開關(guān) 混合電壓系統(tǒng)之間的兼容性。 典型電壓電平轉(zhuǎn)換電路 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 TechNexion 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 2021-7-3 21 DSS實(shí)例實(shí)例 所有數(shù)據(jù)線，HSYNC，VSYNC，ACBIAS，PCLK 添加10歐姆系列電阻器。 TAM-3517

21、 連接一個18位或24位的TTL面板信號參照表： uLVDS是高速、低電壓、低功耗和低噪聲通 用I/O接口標(biāo)準(zhǔn)。 低電壓擺幅和差分電流模式 輸出顯著降低了電磁干擾(EMI)。 這些輸出有 較快的邊沿速率，使信號通路起到了傳輸線的 作用。 u設(shè)計LVDS電路板時，還需要考慮差分走線、 阻抗匹配、交叉串?dāng)_和EMI等多種因素。 u為盡量減小反射，維持接收器的共模噪聲抑 制，差分線在離開驅(qū)動IC后，應(yīng)盡可能彼此靠 近。 而且，為避免差分阻抗出現(xiàn)不連續(xù)點(diǎn)， 差分LVDS信號之間的距離在整條走線上都應(yīng) 保持不變。 u為避免信號不連續(xù)性，建議采用45 弧線走線而不是90直角轉(zhuǎn)彎。 u為減小偏移，差分LVDS走線之間的電信號長度應(yīng)相同。 一路信號在另一路信號之前到達(dá)會 在信號對之間產(chǎn)生相位差，減小了接收器偏移余量(RSKM)，從而影響系統(tǒng)性能。 u減少信號通路上的過孔數(shù)或者其他不連續(xù)點(diǎn)。 u電容等任何雜散負(fù)載在差分對的每一條走線上必須大小相同。 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 TechNexion 底板的設(shè)計和布局指南底板的設(shè)計和布局指南 2021-7-3 22 MMC實(shí)例實(shí)例 MMC讀卡器連接實(shí)例： MMC卡讀寫器 MMC_C