PCB设计中的功能分区
关键的外卖
为什么在PCB设计中需要功能分区。
设置功能分区时的注意事项。
利用PCB设计工具的特性和功能来创建分区。
在今天，它们可能被称为冷冻微波炉餐，但当我还是个孩子的时候，我们知道它们是电视餐。这些美味都装在皱巴巴的铝盘里，被分成不同的部分，上面都覆盖着锡纸，随时可以放进烤箱。而且，如果你足够幸运，箔纸下的食物尝起来甚至可能和盒子上图片上的菜肴相差无几。然而，他们成功的关键是盘子里的隔板，它的设计是为了将包装和烹饪的食物分开。
同样的分区原则也用于印刷电路板的设计，在那里有不同电路组它们有不同的功能。就像箔盘中的分区可以让每道菜单独烹饪一样，PCB中的分区通过防止不同电路组之间的任何干扰来保证其平稳运行。让我们仔细看看PCB设计中的功能分区，以及您的CAD工具如何帮助您实现这一点。
PCB设计中功能分区的目的
电路板是由不同类型的电路组合在一个相对较小的区域。您通常会发现模拟，数字和电源电路都在使用板上。即使是运行中主要是数字化的电路板通常也会有一些需要管理的电力以及需要将模拟信号转换为数字信号然后再转换回来的接口。
在电路板上指定功能分区的目的是保持这些不同的区域彼此隔离。以下是混合信号板的一些问题，分区将帮助您避免:
串扰:攻击性信号可能与其他信号耦合在一起，应尽可能与潜在的受害者信号隔离。
EMI:为了防止电磁干扰，需要防止这些不同区域的返回信号混合在一起，并且它们不能穿过分割的地面或电源平面。
信号完整性差:像时钟这样的敏感信号需要保持在其相关电路附近，而不是在整个电路板上运行。
电源噪声:这些部件应靠近它们供电的部件，并在同一层上运行，相邻隔离参考面对他们来说。
隔离这些区域将有助于防止一种电路产生的噪声影响到另一种电路。但问题是，你不能简单地在电路板中间画一条线把数字信号和模拟信号分开。这些组需要相互交互，还必须访问电路板不同位置的连接器和其他接口设备。
因此，要提出一个正确隔离这些区域的布局，需要一个好的功能分区计划以及良好的组件放置实践。
功能分区还有其他一些好处。通过提前规划楼层分区，布局设计团队在涉及组件放置时将更好地组织起来。此外，设置分区还可以帮助布局团队在放置用于DFM、测试和返工的组件时做出更好的选择。
平衡功能分区的需求和其他组件的放置要求可能听起来像是一次要兼顾很多，但对于PCB布局专家来说，这是工作的一部分。那么，让我们深入了解如何在PCB设计中开发一个好的功能分区。
PCB设计可以极大地受益于布局开始前良好的功能分区计划。
规划分区和组件放置
与任何PCB设计一样，在组件放置开始之前，必须建立物理板的配置。首先，必须决定电路板的大小和形状，以及任何固定组件(如连接器、支架或开关)的位置。这对于划分电路板来说是必不可少的，因为在布局过程中对电路板轮廓的更改可能会打乱计划的分区。
与此同时，单板层堆叠必须决定。在高速设计中，许多路由必须包含在为带状线路由设置的特定层对之间。为了规划分区，有必要根据层堆叠配置评估路由密度。
板的物理配置确定后，您可以开始为设计绘制功能分区。您所做的许多决策将类似于放置组件时的决策，因此让我们回顾一下必须满足的需求:
保持模拟和数字区域的组件放置分开
分离电路是划分设计的主要目的，然而，它们经常在组件放置期间混合。根据部件的功能对其进行分组在过渡到布局之前的示意图在映射分区时非常有用。
将电源与敏感部件隔离
虽然电源需要足够近地为它们指定的部件供电，但在电源电路和它们所供应的数字部件之间必须有一些空间。
规划较大的CPU和内存组件集中在单板上
这些部件不能靠近边缘，以免散热。与此同时，为了保证信号的完整性，它们应该被放置在离相关电路足够近的地方。
相关电路应分组在同一分区
使用原理图中的逻辑流程来绘制分区。从连接器开始，根据原理图中的电路布局，将组件从它们中放置到板内。
您创建的大多数分区将基于组件和它们之间的网络连接。但是，在映射分区时需要考虑一些路由问题，下面我们将讨论这些问题。
PCB设计的简单功能分区。
跟踪路由和功能分区的其他注意事项
当您为设计规划分区时，请记住，除了它们将包含的组件外，分区还必须考虑到路由．大数据和内存总线将占用大量的空间，特别是当它们被路由在外层时。有些组件将需要空间进行转发器路由，因此不要将所有部件挤在一起以使分区更小。您还需要为不能通过某些电路区域的敏感网络留出空间，例如通过模拟电路区域运行数字网络。
绘制电路板分区的最重要方面之一是在配电网络(PDN)的设计中。以下是一些重要的PDN指南:
尽量避免分割平面。如果必须分割一个平面，请记住不能允许跟踪路由穿过分割。电路板中EMI最常见的来源之一是来自穿过分裂的痕迹，它们的信号返回时没有清晰的路径。
保持电力和地面数字区和模拟区分开。在接地平面划分为模拟接地和数字接地的情况下，在两者之间只允许一个连接点，以避免产生任何无意的环路或天线。
保持供电飞机隔离。你不希望来自电源的噪音最终进入数字或模拟电路。
确保你在隔墙里有足够的空间精心设计的生产．像cpu这样的大功耗部件需要大量的电源滤波来控制它们的噪声峰值。
对于PCB设计中的功能分区，还有其他一些注意事项需要记住。让电路板适当冷却。根据位置的不同，连接器等较高的组件可能会无意中阻塞处理器芯片等热运行组件所需的气流。请记住，一个分区中的热组件可能会给下一个分区带来问题，因此要相应地进行规划。
在这一点上，您可能已经准备好为您的下一个PCB设计绘制分区，所以让我们看看您的设计工具可以如何提供帮助。
在Cadence的约束管理器中设置组件放置需求。
如何使用分区规划工具
PCB设计工具，如Cadence Allegro，有很多功能，可以在绘制功能分区时使用。以下是这些功能可以帮助你的一些方法:
原理:当捕获原理图，将需要在同一个分区中的组件放在一起。这不仅有助于组织原理图，而且还可以使用这些原理图分组来帮助选择和组织布局中的部件。
房间:在绘制分区时，将它们画在你的设计上是很有帮助的。虽然这可以通过一些简单的图形来完成，但Allegro提供了一种名为“房间”的功能。在原理图中，您将使用惟一的房间名称将房间属性附加到一个分区的各个部分。在布局中，您将使用图形化的room属性创建分区，并为其命名。然后可以将这些房间配置为只允许具有相应房间名称的部件进入其中，使您能够将组件分配给已设置为房间的所有分区。
约束管理器:此实用程序有助于班级分配对组件和网络以及设置层路由约束和高速设计规则。这为布局设计人员组织设计数据提供了另一个有用的工具。
设计分区:Allegro中的这个选项允许设计师指定分区在布局中进行团队设计。不同的设计人员可以在板上的不同分区上工作，然后将他们的工作更新到主设计。
在开始放置组件之前，在PCB设计中设置功能分区将为您提供成功布局所需的组织基础。还有许多其他方面的PCB设计，我们可以帮助您，以及，如路由走线和创建电源和地平面的基础知识。你可以在这篇文章里读到更多电子书．
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