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现在客户好套路啊~我们卖的A+B,他非要让我在B上开一个兼容C的口子,然后他用C+B。问题是C不是我们的产品啊~让我们的A卖给谁去~让我义(you)正(guai)言(you)辞(song)的拒绝了~
好了,进入主题,今天我们继续讲硬件设计思路。
信号是贯穿整个硬件系统的重要元素。它就像线,把一块一块布缝合在一起,让它们产生互连;它又像染料,要按照图案染色才能出现精美的花纹,若是不小心两个染料混在一起,图案上就会出现杂色,甚至顺着纹理影响到整个花纹。
因此,我们在设计硬件的时候,为了避免信号之间的干扰,在设计之前就要考虑到每一种信号的特点,按照其特点来做合适的处理,避免信号的干扰与被干扰。
线路分两种,电源线和信号线,信号线又可以分数字信号和模拟信号。我们这里提到的信号系统,包括电源和信号。我们知道板子画好之后,是要做PI/SI仿真,看一下信号系统的完整性。系统不复杂的就会做一下CPU到MCP的PI/SI仿真,再严格一点,还会对一些高速信号线做仿真,比如USB3.0/MIPI/PCIE等,甚至还会给高速的SDIO信号做仿真。接下来分别来说各种信号的特点与设计时候的注意事项。
1、电源线
电源线是提供能量的线路,在板子上走的粗又短为宜。对于一些涉及范围大的电源,还可以用铺一个区域的铜来处理,让电源更加均匀,比如DDR的电源,或者CPU核电源。
由于电源的线比较粗,且能量大,因此它不易被干扰。相反,若是开关电源,它会对其他信号产生辐射干扰,尤其是开关电源源端的电感干扰极大。因此,易受干扰的信号要远离电源线走线。
2、模拟信号线
模拟信号是最容易收到干扰的信号。
所有射频相关的信号线,全部都是易干扰信号,尤其是从transceiver出来到进入PA放大之前的信号,又小又脆弱,经受不起任何风吹雨打,一定要爱护有加。信号线路周围该挖空挖空,该做阻抗做阻抗,能不打孔最好就一个孔都不要打,按照最短距离出线,不要走直角,不要走在强干扰源旁边等等。
总之,射频信号直接关系着产品性能,信号串进去干扰是后期回板调试不能解决的问题,一定要改版才能解决,因此,射频信号走线一定要注意再注意。
3G/4G PCB Layout走线图
音频信号、传感器采集到的采样信号也都是模拟信号,在他们还没经过ADC之前,都是易干扰的模拟信号,要上下左右都包地处理。并且走线尽量短。
3、数字信号线
数字信号分为高速信号和低速信号。通常来讲,低速数字信号几乎不会收到干扰,因此走向相对自由。通用GPIO线、I2C、SIM卡信号线都属于低速的数字信号,通常不需要特别给于关注。
但高速信号线却不同,也是一类容易受到干扰的信号。DDR的数据线、地址线,MIPI信号线、USB信号线,GMII信号线,PCIE线等都属于高速信号线,容易受到外接的干扰,因为高速信号线,在传输过程中信号翻转频率很高。
USB 3.0模块PCB Layout走线图
1> 要走阻抗线,做阻抗匹配
信号从发射端传到另外接收端(或者从接收端传导发射端)的时候,因为发射端、接收端都有内阻,信号线路上也有阻抗,这时就会产生信号反射,发射出去的信号达到接收端后,部分能量会反射回源端,这样就会对源端发射的信号产生衰减(即能量损耗),降低发射功率,严重时候会导致信号传输功率不够,3GPP不达标。
传输线做阻抗匹配,就是为了防止信号反射而导致的发射信号能量衰减。因此对于高速信号,一定要走阻抗线,做好阻抗匹配,至于值做多大,要具体看布线和时序的要求。
2> 如果是总线或者差分线,按组包地,并且要走等
长包地是为了减少其他信号对其产生串扰,尽量上下左右全部包地;
走差分线可以很好的屏蔽共模干扰,(DDR的数据线和地址线不需要走差分);
走等长则是为了在发射端和接收端信号频率同步,从而更好的控制时序,不会引起信号时序错乱。
3> 在一部分信号线的源端,需要并去耦电容,来减小线路耦合,同时可以有效防止地弹
我们知道了信号的特点,并且针对信号做的处理措施,就可以在布局的时候多考虑走线的顺畅度。尽量将容易收到干扰的模块紧挨相关模块,这样易受干扰的线就会尽量的短。
上边提到的只是个大概的注意事项,实际过程中还需要多积累,灵活处理,才能让整个硬件设计更加流畅、舒适。