高速PCB的功能分割

licheng521

大部分的PCB都包含一些功能子系统或区域，每个功能子系统都由一组器件和它们的支持电路组成。比如，一个典型的主机板可以划分为以下区域：处理器、时钟逻辑、存储器、总线控制器、总线接口、PCT总线、外围设备接口和视/音频处理模块等。一方面，PCB上所有器件需要彼此紧密地放置在一起，这样可以缩短走线长度，降低串扰、反射，以及电磁辐射，保证信号完整性；另一方面，不同的逻辑器件所产生的RF能量的频谱都不同，尤其是在高速系统中，信号的频率越高，与数字信号跳变相关的操作所产生的RF能量的频带也越宽，要防止工作频带不同的器件间的相互干扰，尤其是高带宽器件对其他设备的干扰。
　　解决上述问题的办法是采用功能分割，即将不同功能的子系统在PCB上实行物理分割。根据产品不同而采取不同的分割方式，通常可用多块PCB、组件隔离和Layout FE离等方式。恰当的分割可以优化信号质量，简化布线，降低干扰。工程师必须明确某一组件属于哪一个功能分区，这些信息可以从组件供应商处获得。
　　功能分割可以被认为是将一个功能区域从另一个功能区域分离出来，以便使功能不同的电路隔离开来，如图1所示的实例。在PCB设计中，要想达到的目的就是，把与特定子区域相关的电磁场限制在需要这部分能量的区域。例如，设计者希望来自处理器区域的电磁能量不能传递到I/O电路中。而处理器和I/O之间存在电势差，只要存在电势差，则在这两个区域之间就会产生共模能量传递，所以它们之间的分割必须进行很好地去耦。
　　功能分割需要注意两个方面：处理传导和辐射的RF能量。传导的RF能量会通过信号线在功能子区域和电源分配系统之间进行传输，辐射的H咱旨量通过自由空间耦合。合理的PCB功能分割就是寻求将有用的信号传递到需要它的地方，而将不需要的拒之门外的合理方案。                                                                                                                                                                                             
　　实现上述功能的PCB分割包含两个方面的意思：隔离和互连。
　　隔离可以通过使用“壕”在所有层上形成没有敷铜的空自区，“壕”的最小宽度为50 mil。“壕”就像护城河一样，将整个PCB按其功能不同分割成一个个的“小岛”。其中的某一个功能区（比如说图6－17中的隔离变压器——对PCB上那些没有连接到它的信号线和路径来说就像一个“排除在外”的区域）。很显然，“壕”会将镜像层分割，形成每个区域独立的电源和地，这就可以防止RF能量通过电源分配系统从一个区域进入另一个区域。
　　但分割是为了更好地安排布局和布线，实现更好的互连，不是完全的“隔离”，必须为那些需要连接到各个子功能区域的线路提供通道。这里有两种方法：一种是使用独立的变压器、光隔离器或者共模数据线跨过“壕”，如图2（a）所示；另一种就是在“壕”上搭“桥”，只有那些有“过桥通行证”的信号才能进（信号电流）和出（返回电流），如图2（b）所示。
　　图2 隔离和搭桥
　　设计一个最优化的分割布局是不可能的，还有一种办法就是将产生不期望的V能量的部分进行金属屏蔽，从而控制辐射并增强PCB的抗干扰能力。
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