BGA是PCB上常用的组件,通常CPU、NORTH BRIDGE、SOUTH BRIDGE、AGP CHIP、CARD BUS CHIP…等,大多是以bga的型式包装,简言之,80﹪的高频信号及特殊信号将会由这类型的package内拉出。因此,如何处理BGA package的走线,对重要信号会有很大的影响。 在电子硬件设计中,BGA(Ball Grid Array)器件因其高密度封装和良好的电气性能而被广泛应用,如CPU、北桥、南桥、AGP芯片和卡总线芯片等。由于大约80%的高频和特殊信号从这些BGA封装内传出,因此,正确地进行BGA器件的PCB布局和布线对于确保信号完整性和系统稳定性至关重要。 BGA器件周围的元器件按照重要性可大致分为九类:1)旁路电容(by pass),用于滤波和稳定电源;2)时钟终端RC电路,控制时钟信号的反射和阻抗匹配;3)阻尼电路(damping),通过电阻来减缓信号波动,例如在内存总线信号中;4)EMI RC电路,用于抑制电磁干扰,如USB信号;5)特定的特殊电路,如CPU的温度感应电路;6)40mil以下的小电源电路组,用R、L元件分割电源域;7)下拉电阻(R)和电容(C);8)一般的小电路组,包含R、C、Q、U等元件,无特殊布线要求;9)上拉电阻(R)和电阻分压器(RP)。其中,1-6类通常被视为关键电路,应尽可能靠近BGA布置,7类次之,8和9类则相对宽松。 在布线需求方面,每个类型的电路都有特定的要求: 1)旁路电容:若与CHIP在同一层,直接由CHIP引脚连接至旁路电容,然后通过via连接到平面;若不在同一层,BGA的VCC和GND引脚可以共用via,线长不超过100mil。 2)时钟终端RC电路:需满足线宽、线距、线长和包地的要求,走线应短且平直,避免跨越电源分割线。 3)阻尼电路:需要考虑线宽、线距、线长和分组走线,避免与其他信号混淆。 4)EMI RC电路:根据客户要求,执行线宽、线距、并行走线和包地策略。 5)特殊电路:依据客户具体需求,可能包括线宽、包地或走线间距要求。 6)小电源电路组:关注线宽,尽量在表面层完成,避免电源信号在BGA区域穿越层,防止干扰。 7-9类电路的布线主要要求平滑,无特殊约束。 在实际布局中,BGA通常被十字划分,via朝四个象限打孔,可因走线需求调整。时钟信号的走线应严格控制线宽和线距,USB信号需要并行走线。旁路电容应尽量从CHIP引脚直接连接到电容,然后进入平面。BGA的信号线往外拉,保持原始线宽和线距,内圈可向内拉或在PIN间打via。BGA角落建议使用表面层拉线,减少via数量。此外,还应注意BGA背面的旁路电容放置和走线处理。 这样的布线策略有助于实现以下目标: 1)规则的引线便于特殊信号处理,使得除了顶层外,其他层的走线能按预期的线宽和线距完成。 2)增强BGA内部VCC和GND的导通性,提供更好的电源和地网络。 3)十字划分线在电源分布复杂时提供辅助,确保电源和地的隔离。 BGA器件的PCB布局和布线是一门技术含量极高的艺术,需要结合信号完整性、电源完整性以及电磁兼容性等多个方面综合考虑,以达到最佳的设计效果。设计师需要深入理解这些原则并灵活应用,才能确保PCB设计的高效性和可靠性。
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