隨著DSP(數(shù)字信號處理器)的廣泛應(yīng)用,基于DSP的高速信號處理PCB板的設(shè)計顯得尤為重要。在PCB設(shè)計中,布局是一個重要的環(huán)節(jié),布局結(jié)果的好壞將直接影響布線的效果,因此可以這樣認為,合理的布局是PCB設(shè)計成功的第一步。
對應(yīng)用于實時圖像信號檢測的高速DSP圖像處理板的PCB板,為使DSP系統(tǒng)獲得最佳性能,優(yōu)化元器件的布局是非常重要的。一般而言,首先放置DSP、Flash、SRAM和CPLD器件,這需慎重考慮走線空間,然后按功能獨立原則放置其他IC,最后考慮I/O口的放置。結(jié)合以上布局再考慮PCB的尺寸:若尺寸過大,會使印制線條太長,阻抗增加,抗噪聲能力下降,制板費用也會增加;如果PCB太小,則散熱不好,而且空間有限,鄰近的線條容易受到干擾。所以要根據(jù)實際需要選擇器件,結(jié)合走線空間,大體上算出PCB的大小。在對DSP系統(tǒng)布局時,以下器件的擺放位置要特別注意。
(1) 高速信號布局
在整個DSP系統(tǒng)中,DSP與Flash、SRAM之間是主要的高速數(shù)字信號線,所以器件之間的距離要盡量近,其連線盡可能短,并且直接連接。因此,為了減小傳輸線對信號質(zhì)量的影響,高速信號走線應(yīng)盡量短。還要考慮到很多速度達到幾百MHz的DSP芯片,需要做蛇型繞線(delay tune)。
(2) 數(shù)模器件布局
在DSP系統(tǒng)中大多不是單一的功能電路,大量應(yīng)用了CM0S的數(shù)字器件和數(shù)字模擬混合器件,所以要將數(shù)/模分開布局。模擬信號器件盡量集中,使模擬地能夠在整個數(shù)字地中間畫出一個獨立的屬于模擬信號的區(qū)域,避免數(shù)字信號對模擬信號的干擾。對于一些數(shù)模混合器件,如D/A轉(zhuǎn)換器,傳統(tǒng)上將其看作模擬器件,把它放在模擬地上,并且給其提供一個數(shù)字回路,讓數(shù)字噪聲反饋回信號源,減小數(shù)字噪聲對模擬地的影響。
(3) 時鐘的布局
對于時鐘、片選和總線信號,應(yīng)盡量遠離I/O線和接插件。DSP系統(tǒng)的時鐘輸入,很容易受到干擾,對它的處理非常關(guān)鍵。要始終保證時鐘產(chǎn)生器盡量靠近DSP芯片,使時鐘線盡量短。時鐘晶體振蕩器的外殼最好接地。
(4)退耦布局
為了減小集成電路芯片電源上的電壓瞬時過沖,對集成電路芯片加退耦電容,這樣可以有效地去除電源上毛刺的影響,并減少在PCB上的電源環(huán)路反射。加退耦電容可以旁路掉集成電路器件的高頻噪聲,還可以作為儲能電容,提供和吸收集成電路開關(guān)門瞬間的充放電能。
在DSP系統(tǒng)中,對各個集成電路安放退耦電容,像DSP、SRAM、Flash等,在芯片的每個電源和地之間添加,而且要特別注意,退耦電容要盡量靠近電源提供端(source)和IC的零件腳(pin)。保證從電源提供端(sotlrce端)和進入IC的電流的純凈,并且盡量能讓噪音的路徑縮短。如圖2所示,處理電容時,使用大的過孔或多個過孔,且過孔到電容間的連線應(yīng)盡量短、粗。2個過孔距離遠時,因為路徑太大,不好;最好的就是退耦電容的2個過孔越近越好,可以使噪聲以最短路徑到地。
另外在電源輸入端或電池供電的地方加上高頻電容是非常有利的。一般情況下,對退耦電容的取值不是很嚴格,一般按C=1/f,計算,即頻率為10 MHz時取0.1μF的電容。
(5) 電源的布局
在進行DSP系統(tǒng)開發(fā)時,電源需要慎重考慮。因為一些電源芯片發(fā)熱量很大,應(yīng)優(yōu)先安排在利于散熱的位置,要與其他元器件隔開一定距離。可以利用加散熱片或在器件下面鋪銅來進行散熱處理。注意在開發(fā)板底層不要放置發(fā)熱組件。
(6) 其他注意
對于DSP系統(tǒng)其他組件的布局應(yīng)該盡量考慮到焊接方便、調(diào)試方便和美觀等要求。如對電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、撥碼開關(guān)等可調(diào)器件要結(jié)合整體結(jié)構(gòu)放置。對于超過15 g的器件要加固定支架再焊接,特別注意要留出PCB的定位孔及固定支架所占用的位置。PCB邊緣的元器件離PCB板邊距離一般不要小于2 mm,PCB最好為矩形,長寬比為3:2或4;3。
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