高速PCB设计:

很多朋友对高速PCB设计:不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

详细介绍了AM335X芯片核心板上的8层PCB实例

本章采用TI公司的AM335x芯片搭建的最小核心板系统，可以使核心板直接通过外接DC电源运行，并通过B2B连接器与背板连接。底板和核心板提供丰富的串口、CAN总线接口、USB主机、OTG、LCD外扩、千兆网络接口外扩等外设，方便开发者快速整合资源，形成有效的项目解决方案。该核心板集成度高、成本低、功耗低、功能齐全。其主要特点如下：(1)采用512 MB DDR 3内存。

(2)可选4gb工业eMMC或4GBit NAND闪存(3)2路MII/GMII/RGMII(4)2路CAN(5)6路UART(6)最大分辨率为1366x768、3D图形加速器(7)完美支持Windows Embedded Compact 7 Linux 3.2 Android 4嵌入式操作系统(8)工作温度范围可达到：-

(9)丰富的外部扩展资源：包括2个CAN总线接口、2个SPI总线、1个GPMC总线、2个MMC总线、2个2c总线、24位LCD总线、1个MDIO、2个PRU MII、2个PRU MII、8个12位ADC/TSC、1个USB 2.0 OTG、1个USB主机、5个5线UART、1个3线UART、3个16位PWM、3个32位eCAP脉宽捕获输入、3个32位eQEP正交编码脉冲输出、2个RGMII/RMII/GMII以太网(10)AM335x工控板应用领域：(11)游戏机主控板。

(12)家庭与楼宇自动化(13)工业控制设备(14)HMI工业人机界面二、模块PCB设计指南1、原理框图单板的信号流图就是原理框图，如图23-1所示。图23-1原理框图2、单板布线工艺主要取决于单板高密度芯片的封装工艺(即BGA的间距)以及PCB成本和性能的考虑。推荐单板工艺设计如下：(1)单板尺寸：7147mm厚度：1.6mm

(2)建议采用八层板设计：顶部，GND 02、 art 03、 PWR 04、 PWR 05、 art 06、 gnd 07、底部(3)球洞规则。孔径10mil/盘径18 mil(BGA的其他区域除外)(4)最小线宽法则：5mil(BGA局部区域)(5)最小线间距法则：4mil(BGA局部区域)3、层压布局单板采用八层层压设计，如图23-2所示。图23-2八层层压设计

单板的布线如下：(1)作为主要元器件层，1)顶层主要容纳芯片、钽电容、电感等高层元器件；(2)除了地平面，3、6层相邻层还有两个分开的电源平面，布线时要注意高速信号线的跨岛问题。(3)第二层和第五层作为完整的接地层，为表面元件和布线提供屏蔽和最短的电流返回路径。

(4)4、5层为主供电平面，为主电源提供平面分割形式的供电网络。(5)两个2x50引脚板对板连接器、BGA和DDR3滤波电容放置在5)底层。单板顶层的布局规划如图23-3所示。图23-3分区布局规划单板底层布局规划如图23-4所示。图23-4分区布局规划4、屏蔽处理为了降低EMI，提高产品的可靠性，裸铜窗在顶层边缘周围做1mm铜皮。如图23-5所示。

图23-5屏蔽处理示例为了提供良好的信号返回路径，提高铜皮的散热性能，需要保证主控和DDR3下铜敷设的完整性和连续性。如图23-6所示。注：(1)铺铜时，铜层属性设置为混合劈分层。敷设铜时，应注意电力层比地层小40密耳。(2)采用8密耳孔径和16密耳盘径通孔。(3)铜线铺设宽度设为4密耳。(4)过孔与铜铺面之间的安全距离设置为5.5密耳

5、 PCB设计指南(1)处理器AM335x提供高达720MHz的主频速度，支持mDDR/DDR2/DDR3，并配备霓虹SIMD协处理器和SGX5303D图形引擎。同时，AM335x提供了丰富的接口资源。高性价比使其具有广泛的适用性。

AM335X采用324pin BGA封装，球距0.8mm，采用8/16mil过孔进行扇出设计。通常，BGA外围的前两排焊盘通过导线引出到BGA外部。第三行开始穿过通孔到达最近的扇出。AM335X扇出的情况如图23-7所示。图23-7 AM335X扇出原理图a .去耦电容处理芯片的电源引脚上需要放置足够的去耦电容。推荐使用0402封装0.1mF陶瓷电容，在20 ~ 300 MHz范围内非常有效。

去耦电容的处理规则如下：电容尽量靠近电源引脚。芯片上的电源和接地引线从焊盘引出，然后通过附近的连接到电源和接地层。线宽应在8 ~ 12 mil(取决于芯片的焊盘宽度，通常小于焊盘宽度的20%或更多)。电容放置在过孔之间的间隙中。如图23-8所示。图23-8去耦电容布局示例b .晶体谐振器PCB的设计要点如下：(1)时钟电路尽量靠近对应的IC。

(2)晶体谐振器的两个信号要适当展宽(一般为10 ~ 12 mil) (3)两个电容要靠近晶体和对应的IC放置(4作为一个整体(4)为了减少寄生电容，电容地线的扇出线宽要展宽(5)晶体谐振器下面要铺铜，钻一些接地过孔与地平面充分连接以吸引晶体谐振器的辐射噪声，或者立体覆盖map 23。图23-9晶振布局示例(2) SDRAM存储器

本系统采用单个2Gb容量的DDR3，主电源由PMIC提供1.5V稳定电源。DDR3比DDR和DDR2更快，另一个区别是第三代芯片有REST引脚和ZQ引脚。此外，第三代芯片采用了一些新技术，因此速度更快，功耗更低，其电源电压为1.5V，表23-1总结了DDR、DDR2和DDR3之间的一些重要区别：表23-1 DDR/DDR 2/DDR3工作特性的区别DDR 3的信号处理要点如表23-2所示。表23-2 DDR 3的信号处理要点

其Fanout和布线等长情况如图23-10所示。

图23-10 DDR3 Fanout示意

（三）PMIC

5V电源连接器直接供给AM335x系列配套的电源管理芯片TPS65217C，TPS65217C产生各路电源提供给CPU、DDR等设备。 PMIC输出的各路电源通过底板上的LED显示TPS65217C是否工作正常。 AM335x通过I2C0来控制TPS65217C。 如图23-11为TPS65217C管脚排序。

图23-11 TPS65217C管脚排序

其外部电源供电管脚分配，如表14-3所示。

表14-3 TPS65217C电源处理

PMIC在布局时要注意预留出芯片电源输出大电感的位置，因为此处是PMIC输出的大电流，大电流示意如图23-12所示。 大电感通常放置在Top层，同时需要将PMIC的20，23，31管脚到大电感采用铜皮连接。 另外，PMIC输入管脚的滤波电容全部放置在Bottom层靠近输入管脚附近。 如图23-13所示。

图23-12 PMIC 大电流示例

图23-13 PMIC 布局布线示例

PMIC的19，24，29管脚为电压采样信号，需要单独接到输出端的末端，即输出滤波电容打孔的位置，如图23-14所示。

图23-14 电压采样走线示例

第4层电源平面划分如图23-15所示：

图23-15 第4层电源平面划分

第五层电源平面划分如图23-16所示：

图23-16 第5层电源平面划分

（四）SD/MMC0

AM335x通过MMC0端口连接到Micro SD 卡槽。 表14-4为Micro SD 卡槽信号分配表和PCB设计原则。

（五）USB信号

USB设计要点如下：

（1）TVS器件必须靠近插座放置，在PCB设计时要大面积接地

（2）布局保证信号流经TVS后再到共模电源

（3）差分线特性阻抗为90W，等长误差为5mil

（4）两组差分线之间的间距保持4w，并与其他信号或灌铜的间距也要保证4w，如图23-17所示。

图23-17 USB布线间距

（5）优先邻近接地平面走线

USB PCB设计实例如图23-18所示。

图23-18 USB PCB设计实例

（七）JTAG调试接口

开发板提供了14 pin的JTAG调试接口，信号直接与AM335x连接，让开发人员能通过JTAG口直接调试程序。

（八）LCD外扩接口

LCD外扩接口支持24bit RGB信号，带有触摸控制信号外接，以及可通过I2C对外接LCD屏进行控制配置。

（九）网口与音频外扩接口

AM335x的RGMII和音频接口通过板对板接口外接到另一块功能板上，用户可以根据需求决定是否需要或者需要的哪种功能的板（如百兆网卡or千兆网卡）。

（十)GPMC总线、SPI、McASP总线、串口

核心板通过2个50 Pin板对板连接器对GPMC总线、SPI、McASP总线、串口的扩展，用户可配合对应的功能板进行这类接口的调试。 在PCB布线时，注意将同一类型的信号线采用同组同层的布线方式，并且要与其他信号保证至少3w的间距。

审核汤梓红

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