六層板規則:
走線WIDTH/SPACE 為0.1mm/0.1mm
Copper與Trace、Via、Pad、Board Line等的距離應大于0.2mm以上
同一NET上的兩個VIA的距離為0,不允許出現外環重疊的情況,最壞情況為邊緣相切。
過孔的類型有1-2、2-5、5-6、1-6四種,其中1-2、5-6的標準為0.3/0.1mm,2-5的為0.5/0.25mm,1-6的VIA根據需要確定,一般為0.6/0.3mm,根據板廠的能力設置。如下一板廠的制程能力:
C 布線前仿真(布局評估,待擴充)
D 布線
布線優先次序
關鍵信號線優先:電源、摸擬小信號、高速信號、時鐘信號和同步信號等關鍵信號優先布線
密度優先原則:從單板上連接關系最復雜的器件著手布線。從單板上連線最密集的區域開始Layout:RF設計
l 同樣性質的線盡量壓縮
l 保持差分線走線平等且等長
l 保持時鐘信號線的盡量短且其上下左右都要有地包圍。如果不能做到良好的地包圍,請遵循 3W 原則且在其周圍放置足夠多的接地孔
l 保證輸入輸出走線之間的良好隔離
l 不同性質的線之間盡量用GND+VIA隔開;
l 保證信號回路的相對獨立;
l 保證地的完整性,每個GND PIN需要可靠連接到主GND平面(L4);
l 敏感線的包GND和隔離處理;
l EMI/ESD考慮;
l 可靠的接地,PA電流可靠的回流路徑;
l 充足的GND VIA,特別是PA和switchplexer下面;
l 注意阻抗控制線,鋪GND時用0.3mm clearance;
l 避免PA的輸入和輸出之間,開關的輸入和輸出之間的耦合;
l Transceiver下面在表層不要有線;
l 為減小寄生電容,挖GND處理:天線的PAD下面全部挖空,表層RF線和PAD下面,以L4為參考GND;
l Vramp/AFC/IQ線/clk線避免被其他信號干擾或干擾別人;
Transceiver 布線指南:
1) 保持RF 信號走線與附近的過孔之間有足夠空間隔離,這個距離應當至少為RF 信號線寬的兩倍。所有 RF traces 都應當盡可能地短且直。
2) 諸如LNA 與IQ 信號線這類的差分信號線從IC 端到匹配元件的接頭的走線應當平行且等長。DCS 及PCS頻段的LNA 輸入走線尤其要做到這點。
3) 所有接地引腳應當直接接到良好定義的主地平面,小容值旁路電容必須盡可能靠近電源引腳端擺放。
4) IC 下面的地焊盤應該填充盡可能多的地過孔。如圖2.1 所示
5) 不要在靠近LNA 輸入端的地方放置、交叉任何信號線或開關的輸出走線。(包括在LNA 的走線的鄰層)
6) 環路濾波器的元件和走線必須遠離噪聲信號。任何走線都不得靠近他們。另外,環路的地過孔須緊密排放一起。要使環路濾波器的環形區域盡量小的。
7) 如果鄰層之間的走線重疊不可避免,那就讓它們盡量地彼此正交走線。
8) 不要讓VCC 走線形成一個閉環回路。為了避免級間耦合,電源走線可選擇總線或者星形結構的布局。
9) 地過孔之間的距離要小于可能潛在的最高工作頻率的信號或者潛在干擾信號的波長的1/20, 避免使用射頻性能不好的用于散熱的地孔。
10) 除非給RF 走線用的板層介質厚度超過10 mils ,否則不要在LNA 的匹配輸入端的下面有什么任何走線。
11) 給LNA 輸入端走線用的層厚至少要10mils。
12) 不要把在頂層上的屏蔽罩接地走線連接到RF 模塊的地上。
13) 在pin1~pin14 與 pin43~pin56 之間的拐角處放置適當的地過孔。
14) 建議13/26MHz TCVCXO 離MT6129 遠一點,不要在TCVCXO 下面有任何的走線。
15) Creg2 的接地需要從用頂層到Layer2 單孔連接。不要在transceiver 模組隔間里鋪多邊形的地,以防止有不確定的電流流經Creg2 的地。
一些其它重要的射頻相關走線:
26MHz TCVCXO VAFC :
非常敏感的信號,一定要嚴格保護。保證基帶IC 的AVDD 足夠“干凈”,否則可能會引入Frequency Error 問題。
PA 的散熱過孔
在PA IC 下面的接地焊盤上,一定留有足夠多的散熱過孔及足夠大的敷銅空間 ,否則很有可能會引起功率下掉的現象。
TX 與 RX 之間的隔離
要特別注意RX 與 TX 走線之間有足夠大的距離,尤其是在高頻段; 最好保持PA 有良好的獨立的屏蔽 ;否則很有可能會降低接收靈敏度及在低功率等級時引起 PvT fail。
Layout:天線設計
這里簡單比較一下兩種主流PIFA皮法和MONOPOLE單極天線,以及分別適用的機型結構:
有效面積mm2 距主板mm 天線投影下方 天線饋源 天線體積 電性能 SAR
皮法 600 7 有地 2 大 很好 低
單極 350 4 無地 1 小 好 稍高
折疊機 滑蓋機 旋蓋機 直板機 超薄折疊機 超薄直板機
皮法 適用 適用 適用 適用 不適用 不適用
單極 不適用 不適用 不適用 適用 適用定制 適用
單極 皮法(藍牙部分)
Layout: BB處理
l 模擬部分外圍走線要緊湊,避免交叉和干擾(特別注意VRBG,AVDDAUX,AVDDBB,AVDDVB,AVDDVBO);
l 保證模擬部分有一個相對干凈的GND(L2或L3);
l 不同模擬GND要單點接地處理;避免數字部分的線對模擬的干擾;
l 盡量壓縮從BB先到MCP.再到其他總線設備;
Layout: VBAT處理
l 星型走線:不同的分支到PA,到BBchip ,到Audio PA等;
l 濾波電容靠近芯片Pin擺放,電源走線先走到濾波電容,再走到芯片Pin腳
l 針對不同電源在電源層進行了分割,走線就近回流通路
l 根據流經的電流大小來控制不同分支的寬度和打孔數量,Power 換層請多打via
l VBAT線需要避開其他線,特別是audio線;高頻時鐘信號、RF信號等易感信號、數據BUS
l BB內部的LDO分別給,digital, analog供電,相應的電源也要用不同分支來供電,中間串BEAD接到VBAT。
Layout:電池電路
l 充電電路遠離RF、Audio以及其它敏感電路
l 充電電路元器件緊湊布局,以盡量縮短模擬信號的走線
l Vbat和VCHG上的Bypass電容靠近pin腳擺放
l 考慮電流降額,充電電流流過的路徑(比如VCHG/ISENSE/三極管集電極/三極管發射極/Vbat)用粗線走線(500mA至少20mil)
l 散熱時需要將充電芯片或電路中的導熱引腳以粗線和多過孔接到大面積銅箔上, 并且在發熱單元周圍表面鋪地以散熱.
Layout: audio處理
l Audio的線(特別是MIC的線)一定要同其他的線充分隔離,保證上下層都是比較完整的GND,整個用GND包起來;
l audio PA的輸出功率較大,注意線寬;減少PA在最大發射功率時由電源引起的217HZ的音頻噪音
l 基帶芯片音頻部分電源AVDD36,AVDDVB,AVDDVBO,VBREF1的走線是否足夠短、足夠寬
l speaker的濾波電容靠近芯片、連接器和SPEAKER的地方分別放置
l 保證所有audio信號經過濾波以后進入到芯片之前不能受到任何天線輻射的干擾,具體做法是中間層走線,上下兩層都是地平面,信號線兩側有伴隨地,且信號線兩側打上足夠多的接地孔。
l 盡量避免其它信號(power,digital, analog,RF等)對與音頻信號的干擾。禁止出現其它信號與音頻信號平行走線,避免交叉。尤其需要注意那些在整機安裝完成以后可能會受到RF強烈輻射的信號。如果無法避免,需要在該信號線上加27PF濾波。
l 布線應避開Vbias,Vbias 受到干擾以后會引起上行噪音。
l 濾波電路的輸入輸出級相互隔離,不能有耦合。
l 注意Audio AGND布線,Audio AGND受到干擾以后會引起上行噪音。同時注意AGND是否影響到GND
l 上行、下行音頻電路和走線盡量與其它電路和走線隔離,特別需要注意避開數字和高頻電路,避免由于音頻電路受到干擾而引起上、下行白噪音。
Layout: Bluetooth
l Bluetooth Antenna 擺在PCB四個角為最佳(圖23.1)
l Bluetooth Antenna 全層挖空(圖23.2)
l Bluetooth rule
§ Bypass cap close to power pin
§ Crystal L1 挖空
§ 訊號線與電源線上下層勿平行
§ 26MHz trace 需包地
§ Bluetooth 的RF-in/out 為50ohm trace 及差分信號
Layout:FM
l FM chip close to earphone jack
l RF signal pins 8/9 遠離高速的數位device或干擾源
l 26MHz跟loop filter,兩者之間最好是分開一點並在中間打ground via。
Layout: ESD考慮
l 讓元器件離板邊保持一定的距離,在板邊放至40mil 的粿銅(圖26.1)
l Trace 儘量勿曝露在Top/Bottom Side
l 會曝露在外的CONN pin 腳放置Spark (圖26.2)
l 利用TVS diode/ Chip/Varistor/ Bypass Capacitor/ Bead元件保護(圖26.3)
l 全層ground area 以via 穿孔互連
l 敏感線(reset,PBINT)走板內層和不要太靠近板邊;
l ESD電路布線,走線先到ESD管腳(減小走線電感的影響),ESD接地線短粗,盡量直接到地平面。如下圖:
Layout: EMC考慮
l 盡量把高速信號線(13M時鐘線等),電源線等易產生輻射和干擾的線走在板中間層,用地平面隔開和保護;對于音頻、RST、RF-RAMP信號等敏感信號,容易被干擾而影響性能盡量用地隔開和保護;
l 解耦電容必須盡量靠近相應的器件,走線先到電容,來保證解耦的有效性;RF、digital、audio電路之間注意隔離和保護;
l 盡量把線走到板內層,把器件放在屏蔽罩內,避免不必要的輻射;
l FPC數據總線需要濾波(RC),以免影響天線口靈敏度(外置天線更明顯,FPC離天線更近),電容盡量要靠近connector;FPC需要充分屏蔽。
l 板邊露銅,寬度約0.8~1mm
Layout: CLK信號考慮
l 時鐘信號線(CCIRCLK、CCIR_CK、ARMCLK、SDRAM_CLK、13M、26M、ARMCLK13M、SPI2_CLK線等)盡量走在內層,要做到上下左右包地;
13M CLK OUT
l 對這些信號的2-7的過孔要注意L層為地。
l 敏感線(reset,PBINT)走板內層和必要太靠近板邊
l 時鐘信號等周期性快速變化的信號盡量不要與其它信號線同層或隔層平行走線
l 晶振類器件不要放置在板邊,不要靠近接插件,晶振類器件下面盡量不要有走線
l 時鐘信號要充分隔離,防止耦合到其他線上(電源線或其他信號線),間接輻射,導致天線口靈敏度下降,甚至導致radiated spurious 測試fail。
Layout: LCM、CAMERA、RTC、KEY、SIM結構等考慮
l 給Camera供電的LDO是否就近Camera放置;
l Hall器件的位置是否恰當;
l 為生產留足夠的定位孔,并保證與器件間距沒有干涉
l RTC電路遠離RF、Audio以及其它敏感電路
l RTC電路元器件布局緊湊,盡量縮短晶體的走線
l 晶體的墊整電容靠近pin腳擺放
l RTC電路的相關走線盡量在同一層,避免走內層和過孔
l RTC電路最好能環地,減少干擾
l SIM所有走線必須屏蔽RF干擾
l SIM卡各管腳接的sparkle不能被SIM卡壓住,否則容易導致短路
自動布線
1. 在布線質量滿足設計要求的情況下,可使用自動布線器以提高工作效率,在自動布線前應完成以下準備工作:
2. 自動布線控制文件(do file) ,為了更好地控制布線質量,一般在運行前要詳細定義布線規則,這些規則可以在軟件的圖形界面內進行定義,但軟件提供了更好的控制方法,即針對設計情況,寫出自動布線控制文件(do file),軟件在該文件控制下運行。
3. 盡量為時鐘信號、高頻信號、敏感信號等關鍵信號提供專門的布線層,并保證其最小的回路面積。必要時應采取手工優先布線、屏蔽和加大安全間距等方法。保證信號質量。
4. 電源層和地層之間的EMC環境較差,應避免布置對干擾敏感的信號。
5. 有阻抗控制要求的網絡應布置在阻抗控制層上。
6. 進行PCB設計時應該遵循的規則 (見課程“手機EMC和ESD培訓”)
E 后仿真及設計優化(待補充)
F 工藝設計要求 (見課程“手機PCB的HDI工藝性及生產可測性培訓”)
第三節:設計評審
l 評審流程 設計完成后,根據需要可以由PCB設計者或產品硬件開發人員提出PCB設計質量的評審,其工作流程和評審方法參見《PCB設計評審規范》。
l 自檢項目
如果不需要組織評審組進行設計評審,可自行檢查以下項目。
1. 檢查高頻、高速、時鐘及其他脆弱信號線,是否回路面積最小、是否遠離干擾源、是否有多余的過孔和繞線、是否有垮地層分割區
2. 檢查晶體、電源模塊下面是否有信號線穿過,應盡量避免在其下穿線,特別是晶體下面應盡量鋪設接地的銅皮。
3. 檢查定位孔、定位件是否與結構圖一致,ICT定位孔、SMT定位光標是否加上并符合工藝要求。
4. 檢查器件的序號是否按從左至右的原則歸宿無誤的擺放規則,并且無絲印覆蓋焊盤;檢查絲印的版本號是否符合版本升級規范,并標識出。
5. 報告布線完成情況是否百分之百;是否有線頭;是否有孤立的銅皮。
6. 檢查電源、地的分割正確;單點共地已作處理;
7. 檢查各層光繪選項正確,標注和光繪名正確;需拼板的只需鉆孔層的圖紙標注。
8. 輸出光繪文件,用CAM350檢查、確認光繪正確生成。
9. 按規定填寫PCB設計(歸檔)自檢表,連同設計文件一起提交給工藝設計人員進行工藝審查。
10. 對工藝審查中發現的問題,積極改進,確保單板的可加工性、可生產性和可測試性。