Protel軟件在高頻電路布線中的技巧

數(shù)字器件正朝著高速、低耗、小體積、高抗干擾性的方向發(fā)展，這一發(fā)展趨勢(shì)對(duì)印刷電路板的設(shè)計(jì)提出了很多新要求。Protel軟件在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用已相當(dāng) 普遍，然而，不少設(shè)計(jì)者僅僅關(guān)注于Protel軟件的“布通率”，對(duì)Protel軟件為適應(yīng)器件特性的變化所做的改進(jìn)并未用于設(shè)計(jì)中，這不僅使得軟件資源 浪費(fèi)較嚴(yán)重，更使得很多新器件的優(yōu)異性能難以發(fā)揮。本文擬在簡(jiǎn)介高頻電路布線一般要求的同時(shí)，以Protel for Windows V1.5軟件為例來(lái)介紹一下高頻電路布線時(shí)Protel軟件能提供的一些特殊對(duì)策。

(1) 高頻電路往往集成度較高，布線密度大，采用多層板既是布線所必須的，也是降低干擾的有效手段。Protel for Windows V1.5能提供16個(gè)銅線層和4個(gè)電源層，合理選擇層數(shù)能大幅度降低印板尺寸，能充分利用中間層來(lái)設(shè)置屏蔽，能更好地實(shí)現(xiàn)就近接地，能有效地降低寄生電 感，能有效縮短信號(hào)的傳輸長(zhǎng)度，能大幅度地降低信號(hào)間的交叉干擾等等，所有這些都對(duì)高頻電路的可靠工作有利。有資料顯示，同種材料時(shí)，四層板要比雙面板的 噪聲低20dB。但是，板層數(shù)越高，制造工藝越復(fù)雜，成本越高。

(2)高速電路器件管腳間的引線彎折越少越好。高頻電路布線的引線最好采用 全直線，需要轉(zhuǎn)折，可用45度折線或圓弧轉(zhuǎn)折，這種要求在低頻電路中僅僅用于提高鋼箔的固著強(qiáng)度，而在高頻電路中，滿足這一要求卻可以減少高頻信號(hào)對(duì)外的 發(fā)射和相互間的耦合。用Protel布線時(shí)可在以下兩處預(yù)先設(shè)置，一是在“Options”菜單的“Track Mode”子菜單中預(yù)約以45/90 Line或90 Arc/Line方式布線，二是在“Auto”菜單的“Setup Autorouter…”項(xiàng)所打開(kāi)的Routing Passes”對(duì)話框中選定“Add Arcs”，以便自動(dòng)布線結(jié)束時(shí)使轉(zhuǎn)角圓弧化。

(3)高頻電路器件管腳間的引線越短越好。 Protel滿足布線最短化的最有效手段是在自動(dòng)市線前對(duì)個(gè)別重點(diǎn)的高速網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行“布線”預(yù)約。首先，打開(kāi)“Netlst”菜單的“Edit Net”子菜單，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“Change Net”對(duì)話框，把此對(duì)話框中的“OptimizeMethod(布線優(yōu)化模式)”選為“Shortest(最短化)”Rp可。其次，從整體考慮，元件布 局時(shí)用“Auto”中Placement Tools-Shove’和“Auto”中的“Density(密度檢查)”來(lái)對(duì)比調(diào)整，使元件排列緊湊，并配合“Netlist”菜單中的 “Length”功能和“Info”菜單中的Lengthof selection”功能，對(duì)所選定的需最短化的重點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行布線長(zhǎng)度測(cè)量。

(4) 高頻電路器件管腳間的引線層間交替越少越好。所謂“引線的層間交替越少越好”是指元件連接過(guò)程中所用的過(guò)孔(Via)越少越好，據(jù)測(cè)，一個(gè)過(guò)孔可帶來(lái)約 0.5 pF的分布電容，減少過(guò)孔數(shù)能顯著提高速度。Protel軟件專門提供了這一功能，它在Auto菜單的Setup Autorouter…”項(xiàng)所打開(kāi)的Routing Passes”對(duì)話框中，有一個(gè)“Advanced”欄目，把其中的“Smoothing”設(shè)為接通即可。

(5)高頻電路布線要注意信號(hào)線 近距離平行走線所引入的“交叉干擾”，若無(wú)法避免平行分布，可在平行信號(hào)線的反面布置大面積“地”來(lái)大幅度減少干擾。同一層內(nèi)的平行走線幾乎無(wú)法避免，但 是在相鄰的兩個(gè)層，走線的方向務(wù)必取為相互垂直，這在Protel中不難辦到但卻容易忽視。在“Auto”菜單的“Setup Autorouter…項(xiàng)所打開(kāi)的Routing Lagers對(duì)話框中允許對(duì)每一層的走線方向進(jìn)行預(yù)定，供預(yù)選的方向有三種：“Horizontal、Vertical和No Prefer-ence”，不少用戶習(xí)慣選用“No Preference(無(wú)特定取向)”，認(rèn)為這樣布通率高，但是，在高頻電路布線中最好在相鄰層分別取水平和豎直布線交替進(jìn)行。

同一層內(nèi)的平行走線無(wú)法避免，但可以在印板反面大面積敷設(shè)地線來(lái)降低干擾(這是針對(duì)常用的雙面板而言，多層板可利用中間的電源層來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能)，Protel軟件過(guò)去只提供了簡(jiǎn) 單的“Fill”功能來(lái)應(yīng)付這種需求，現(xiàn)在Windows下的Protel除此之外還在“Edit”菜單的“Place”選項(xiàng)中提供了更強(qiáng)大的放置 “Polygon Plane”的功能，即：多邊形柵格(條)銅箔面，如果在放置它時(shí)就把多邊形取為整個(gè)印板的一個(gè)面，并把此柵格(條)與電路的GND網(wǎng)絡(luò)連通，那么，該功 能將能實(shí)現(xiàn)整塊電路板的某一面的“鋪銅”操作，經(jīng)過(guò)“鋪銅”的電路板除能提高剛才所講的高頻抗干擾能力外，還對(duì)散熱、印板強(qiáng)度等有很大好處，另外，在電路 板金屬機(jī)箱上的固定處若加上鍍錫柵條，不僅可以提高固定強(qiáng)度，保障接觸良好，更可利用金屬機(jī)箱構(gòu)成合適的公共線。在軟件菜單中打開(kāi)此功能后可見(jiàn)到一個(gè) “Place Polygon Plane對(duì)話框，它會(huì)問(wèn)你是否要把所放置的多邊形柵格(條)與網(wǎng)絡(luò)接通(connect net)，若接通該項(xiàng)，退出對(duì)話框時(shí)將提示你給出欲接通的網(wǎng)絡(luò)名，給定接通GND網(wǎng)絡(luò)將能起到屏蔽層的作用。同時(shí)還會(huì)問(wèn)你“鋪銅”的圖案是用水平條 (horizonta)、豎直條(vertica)還是柵格(兩者都選即可)。選用柵格將會(huì)有較好的屏蔽效果，同時(shí)，柵格網(wǎng)的尺寸(習(xí)慣稱作為“目”)確 定依據(jù)所要重點(diǎn)屏蔽的干擾頻率而定。

(6)對(duì)特別重要的信號(hào)線或局部單元實(shí)施地線包圍的措施。該措施在Protel軟件中也能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，它 就是“Edit”菜單的“Place”下的“Outline Select-ed Items”，即：繪制所選對(duì)象的外輪廓線。利用此功能，可以自動(dòng)地對(duì)所選定的重要信號(hào)線進(jìn)行所謂的“包地”處理，當(dāng)然，把此功能用于時(shí)鐘等單元局部進(jìn)行 包地處理對(duì)高速系統(tǒng)也將非常有益。

(7)各類信號(hào)走線不能形成環(huán)路，地線也不能形成電流環(huán)路。Protel自動(dòng)布線的走線原則除了前面所講 的最短化原則外，還有基于X方向、基于Y方向和菊花狀(daisy)走線方式，采用菊花狀走線能有效避免布線時(shí)形成環(huán)路。具體可打開(kāi)‘Netlist”菜 單的“Edit Net”子菜單，出現(xiàn)一個(gè)“Change Net”對(duì)話框，把此對(duì)話框中的“Optimize Method(布線優(yōu)化模式)”選為“Daisy Chain”即可。

(8)每個(gè)集成電路塊的附近應(yīng)設(shè)置一個(gè)高頻退耦電容。由于 Protel軟件在自動(dòng)放置元件時(shí)并不考慮退耦電容與被退耦的集成電路間的位置關(guān)系，任由軟件放置，使兩者相距太遠(yuǎn)，退耦效果大打折扣，這時(shí)必須用手工移 動(dòng)元件(“ Edit”、“ Move”“component”)的辦法事先干預(yù)兩者位置，使之靠近。

(9)模擬地線、數(shù)字地線等接往公共 地線時(shí)要用高頻扼流環(huán)節(jié)。在實(shí)際裝配高頻扼流環(huán)節(jié)時(shí)用的往往是中心孔穿有導(dǎo)線的高頻鐵氧體磁珠，在電路原理圖上對(duì)它一般不予表達(dá)，由此形成的網(wǎng)絡(luò)表 (netlist)就不包含這類元件，布線時(shí)就會(huì)因此而忽略它的存在。針對(duì)此現(xiàn)實(shí)，可在原理圖中把它當(dāng)作電感，在PCB元件庫(kù)中單獨(dú)為它定義一個(gè)元件封 裝，布線