五、PCB线路板设计心得(PCB
的丝印和顶层、底层线路后附)
PCB已经是VER1.2,这是第三个版本了,PCB的面积调整到15CM*20CM,还是有点大。曾经也考虑过是否改成双运放,不过想想还是单运放更发烧,干脆一不做二不休,呵呵。最后主要还是在扩展性、布局上进行了调整,尤其是在模拟电路部分做了很大的优化,花了很大的时间和心血。
我设计的高保真WAV播放器PCB三维效果图及说明
布局上设计成准模块化的结构,分成了处理器子系统、按钮及SD卡子系统、DAC核心子系统、供电子系统、模拟信号处理子系统(包括I/V、LPF、平衡/非平衡转换)。其中LCD12864F的液晶显示模块(7CM*9CM)可以直接堆叠在处理器子系统的PCB区域上面,固定孔和脚位的位置是重合的。并且考虑将来如果要装机箱中去的话,可以把处理器部分的PCB和SD卡按钮部分的PCB分别锯下,在机箱的面板上开好相应槽之后直接就固定到面板上去,各部分的连接都预留了接插件的位置,可以通过扁平电缆进行连接。另外还考虑到将来也许要加一个SPDIF的光纤、同轴输出子卡,就在数码输出接口的地方都预留了接口,并且在AD1853的左边放了一个固定孔,以后可以把子卡直接叠在上面。
PCB布线是个难点,数字电路部分由于数字电路抗干扰能力强,倒比较好处理,画好后用ALTIUM DESIGNER 6.7的信号完整性分析功能分析了下,波形很好。为了更YY,把处理器及数字电路的数字地跟AD1853的数字地部分也做了个区隔,仅在左边一处小区域用覆铜相连接,桥归桥路归路,各自走各自的数字地。
按照模数电路PCB布线的规范,数字地和模拟地必须严格分开,并且二者在垂直分布上也没有任何重叠处,也没有任何走线跨越数字地和模拟地,仅在AD1853的右边用一个磁珠进行连接。这样可以保证模拟电路不受数字电路地平面信号扰动的干扰。为了更YY,还给AD1853核心电路部分预留了焊接屏蔽罩的PASTE位置,家里还有好多紫铜皮,一直也没机会用上,这下有用武之地了。焊接的时候屏蔽罩只能焊接在模拟地的PASTE位置上,在数字地上面的部分要架空不能跟数字地短路,否则效果就差了。
模拟信号输出处理的那部分电路PCB最费脑子了,元件的布局、PCB走线修改了N次,参考了多家厂商的评估板以及厂家商品机的实际资料和经验,结合模拟电路PCB的理论知识,反复优化,最后才终于让自己觉得满意。主要的关键思路还是严格按照差分信号平行走线的要求来做,以差分线对为中心展开的布局,元件的排列走线也是以以差分线为轴心,两侧对称分布排列。好处是很明显的,差分信号流过的路径都是对称的,信号线走线长度也都差不多,可以充分发挥平衡电路的优点,极大地削弱外界的影响,达到更好的信噪比,使音质更清澈完美。
同时对于模拟电路接地来说,保持地平面的完整性是很重要的,在地平面要尽量少的走线造成地平面隔断,破坏连续性,最好的就是使用整个覆铜面做为地平面。这个看看那些DAC厂商的评估版就知道了,通常它们都是采用四层板(不过四层板实在是太贵了,承受不起啊),内层一个是电源层,一个是完整的地平面,厂商的评估板是能保证芯片达到其所声称的最高指标的,学习厂商提供的参考电路图、评估版以及应用资料是个很好的学习途径。这里顶层的铜箔大面积铺地做为地平面,基本上都在底层进行走线,并且在底层空余的区域尽可能的覆地,力求每根走线都有包地(就是把走线周围用地线来包围),以达到最好的信噪比,底层的铺地通过众多的过孔与顶层的地平面直接相连,以最大限度的降低地平面的阻抗。
另外、也是为了更YY,把左右声道跟AD1853的模拟地也进行了区域分开,在PCB的左侧进行了各功能区块接地的汇合,以保证各个功能区块地平面的相对独立,达到更完美的境地。
我设计的高保真WAV播放器PCB顶层丝印
我设计的高保真WAV播放器PCB 底层BottomLayer
我设计的高保真WAV播放器PCB顶层TopLayer