PCB layout - ARM平台布板小结

ARM平台布板小结

最后修改时间：2014年8月22日14:52:54

适用于allegro15.5。

一、软件使用部分

1.铜箔合并

用Shape-->Merge Shapes选中要合并的铜箔即可。合并的铜箔必须同网络，有重复区域。

2.原理图和PCB文件关联

原理图中选中dsn文件，点Tools-->Creat Netlist，确定即可输出网表。PCB中选File-->Import-->Logic，路径选择刚才输出网表的路径，确定即可。这样原理图和PCB就关联起来了。

3.移动（slide）差分对的过孔时会导致软件关闭

目前做法是使用Tools-->database check 功能，勾选□update all DRC 和 □check shape outlines两个选项，开始检查。借此更新板子的错误信息。调整差分对时软件运算量加大，软件反应不过来，造成软件卡死无响应。在笔记本电脑上进行此类操作也会卡死。我猜测与软件有关。可能是软件安装不当，或者缺少了某个文件。

卡死的时候打开任务管理器，查看性能。打开资源监视器，allegro在等待Product server这个进程响应。如果在软件开启后手动关闭Product server进程，处理差分对的过孔时就会卡死。

4.特殊区域规则设置

首先设置一条规则；其次赋予该特殊区域规则；当两个规则相遇，设置优先执行的规则；最后更新一下区域。

设置规则：天平图标Cns中，在Spacing rule set 的“Set value...”选项中，Add一个新的规则。编辑shape的属性，指定执行规则。在Assignment table...中可以设定优先规则，在最右边的下拉框里选择。最后把shape拖动一下或edit一下，让软件更新操作。

天平图标Cns中，Extended design rules 的Set values选项，在里面可以设置同网络DRC。

5.在原理图中找器件

在原理图中，选中dsn文件，按ctrl+F，弹出搜索框。



Scope中选择要搜索的项目类型。如果要找一个C97电容，把名字打在框内，选择Parts点OK即可。Parts是用来搜索器件的。Nets用来搜信号线。以此类推。

如果在某个原理图中打开搜索框，只能搜索到当前原理图内的项目。

二、各个模块布线

先阅读布板说明书和原理图，从整体上把握这块板。几个模块之间都有联系。把那些连接线的位置提前省出来。完成模块内部布线的时候，把连接线引出。处理某一个模块时，要把细节全部弄清楚。如果草草处理一下，到最后检查的时候可能会漏掉一些东西。第一次就把细节做好，也减小了后期检查修改的工作量。

板边和route keep in；改变板的外形后，把route keep in调整进来。

1.SMSC UFX6000-VE

第一步处理主控芯片。先引出，再连线，最后优化。在进行重要信号布线之前，把可调整性强的信号线先布出来。重要信号线走过的时候，可以调整周围已经布好的信号线。

2.差分对等长处理

原则：尽量减少不匹配的地方，在同一个不匹配处把等长做好。

差分对其他地方都是匹配好等长等间距的，在开始的地方可以绕一下。
 




3.DDR2布线方法

从参考手册和原理图中找到各组线，找到相应的参考信号。在PCB上加以区分。规划好哪组线可以全部换到另一层去。确定各组信号后，遵循从中间开始布线的原则。因为绕线需要很大的空间。从中间开始，避免两边的信号不够位置。先把信号线全部引出来连好，再进行绕线工作。

现在有三组线，其中一组地址线，两组信号线。我将一组信号线全部换到底层并完成了布线和绕等长工作。尽量省出位置。今后应当收集所有成功布线的图。为了节省绕线位置，绕出等长后若发现仍有空位，应把信号线再紧缩，为另外的信号线留出位置。

三组线应该用至少10mil的地线隔开，地线每隔200~300mil放置一个过孔。用同样的方法把参考信号（比如差分对）保护起来。绕线时，保证20mil的间距。 三组线最外围也用地线包围起来。合适距离放上过孔。



把导线上的小折弯和毛刺消除掉。这样避免信号传输不连续。导线需要拐弯的时候，尽量一次性拐到位。不能折太多下。出线要直，在有空间的地方进行绕线。地址线引出来时发现顶层空间不够，无法引出。因此将4根地址线换到底层。底层的参考平面为完整的1.8V电源平面。

处理完DDR后，把主控芯片的引脚全部引出来、排布好。

出现的问题：绕线后线距太小。调整导线后出现毛刺。参考信号线的位置可以调整。

4.EMI处理方法

为了消除EMI，在时钟差分对上分别加上了两个10pF的电容。尝试用仪器测试差分对的眼图。不加滤波电容的眼图和加上滤波电容的眼图对比。看到对比后才知道这样做的效果如何。





5.音频模块

板上搭载CM108AH芯片。

音频信号的基本要求：线宽8mil~10mil。在音频信号的整个通路上线宽都是这个要求。可以在规则中进行设置。以免布线时没有意识到这个问题。

另一个设计是数字地与模拟地（GND_S）的分割。这里用一个200uH电感和一个104电容组合起来进行连接。共有两组连接。用铜箔将地线相连，散热面积更大。

6.电源和地

电源线和地线尽量粗。空间允许的情况下用铜箔连接。保证电流峰值能顺利通过。一般认为20mil宽的铜箔能通0.5A的电流。电源转换的输入输出导线宽度都要考虑到。电源芯片反馈管脚要直接连接到滤波电容上。尽量做到环路最小。铺铜箔的时候要注意最窄的地方，那里是通流瓶颈。

芯片供电管脚附近放置了大量的滤波电容。



0805和0603封装的器件接地或电源时，要放置两个过孔增大通流能力。

用地线围在板子边缘，并打上适量过孔。

7.显示模块

HDMI信号线是差分对的形式。在顶层走差分对，旁边空白区域用铜箔连接到地层，合适的距离打上过孔。将差分对包裹起来避免干扰。

VGA信号同理包地抗干扰。Vsync/Hsync信号要同时走线。即行场信号要同时传输。

包地时打上数量合适的过孔。重要信号包地时要彻底，从信号开始到尾端都要包裹起来。铜箔尖锐的地方要削成钝角，以免尖端聚集过多电荷。用Shape->Delete Islands把孤岛删掉。

接口也要铺铜接地。并排放置一个电容和一个磁珠。目的是给静电一个泄放路径。这里需要用铜箔大面积连接起来，保证电流顶峰瞬间能通过这个路径。

更换3.3V电源芯片的电容。C97、C98和C99在HDMI接口附近。C159在网卡附近。对这几个电容做更改后解决了水波纹的问题。

8.网卡芯片RGMII Ethernet RTL8211

先处理芯片底下的部分。再依次把各个引脚的导线接好即可。和BGA一样，先把线引出来。之前低估了这个模块的难度。实际上，这个芯片引脚虽然不多，但是这块板上芯片周围的空间十分狭窄，器件密度大。有太多的外围器件和各种电源线。有一些电源是从芯片引脚中分出来的，尽量用铜箔连起来。

RTL8211E和E3869之间有两组信号线相连（Txd和Rxd）。这两组信号线要求分别等长。优先处理这两组线。即长线先处理。它们有专属的一块区域。观察电源层，Txd和Rxd均以地为参考。1.8V电源平面被隔在另一边。E3869需要1.8V供电。这必须从Top或Bottom层将1.8V引进去。而且通流能力要足够大。

观察参考成板，网卡的4个差分信号最外围用地线保护起来了。


  


晶体周围用地线包围隔离。

9.USB Hub

这个部分相对其它模块来说会简单一些。这里的器件密度比较小。USB Hub和CPU的通信主要靠一对差分对。每个USB口都有一对差分对。给USB供电的时候尽量使用铜箔连接。至少保证在0.5A的通流能力。

三、搭载芯片简介

1.主控芯片SMSC UFX6000-VE

主控芯片SMSC UFX6000-VE，是一款USB2.0高速图形控制器。原SMSC公司被Microchip收购。我司零终端C75无硬盘和DOM卡，没有存储设备。使用这款芯片作为主控制器。

图形数据被传送到USB大容量传输控制器后，数据立刻被送到图像引擎中。

UFX6000支持DDR2内存。有16位数据总线和13位地址线。

2.USB2517-JZX

SMSC公司的芯片。共支持7个下行端口。

3.CM108AH

Cmedia公司出品的一款USB声卡芯片。支持I2S和USB2.0全速操作。

I2S(Inter—IC Sound)总线, 又称集成电路内置音频总线，是飞利浦公司为数字音频设备之间的音频数据传输而制定的一种总线标准。该总线专责于音频设备之间的数据传输，广泛应用于各种多媒体系统。它采用了沿独立的导线传输时钟与数据信号的设计，通过将数据和时钟信号分离，避免了因时差诱发的失真，为用户节省了购买抵抗音频抖动的专业设备的费用。

4.RTL8211E

PHY是物理接口收发器，它实现物理层。IEEE-802.3标准定义了以太网PHY。它符合IEEE-802.3k中用于10BaseT(第14条)和100BaseTX(第24条和第25条)的规范。

物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等，并向数据链路层设备提供标准接口（RGMII / GMII / MII）。Reduced Gigabit Media Independent Interface(RGMII)。之前出的错误中，很多都是细节和意识上的。有一些是自己知道要怎么做，但就是不这样做。这和操作习惯有关系。在处理好DDR2后去处理网卡模块。我发现网卡芯片的1.8V电源被阻断。C75板上器件密度比较高，网卡部分最密。在网卡部分遇阻后，我去处理其他模块。发现其他模块比较好处理，所以把网卡放到了最后。第二次处理网卡我就小心很多了，尽量节省空间，能用铜箔的地方就铺铜。到最后还是发现几乎没空间供电了。只好铺铜慢慢地将电源引进去。

良好的习惯是：一次性把事情做好。

布局相同，布线的方式也会比较类似。因为空间已经划定了。在布局的时候就得为各组线预留位置。布局前要掌握各个模块的特征，它们和主控芯片的联系。