在高速設(shè)計中,可控阻抗板和線路的特性阻抗問題困擾著許多中國工程師。本文通過簡單而且直觀的方法介紹了特性阻抗的基本性質(zhì)、計算和測量方法。在高速設(shè)計中,可控阻抗板和線路的特性阻抗是最重要和最普遍的問題之一。首先了解一下傳輸線的定義:傳輸線由兩個具有一定長度的導體組成,一個導體用來發(fā)送信號,另一個用來接收信號(切記“回路”取代“地”的概念)。在一個多層板中,每一條線路都是傳輸線的組成部分,鄰近的參考平面可作為第二條線路或回路。一條線路成為“性能良好”傳輸線的關(guān)鍵是使它的特性阻抗在整個線路中保持恒定。線路板成為“可控阻抗板”的關(guān)鍵是使所有線路的特性阻抗?jié)M足一個規(guī)定值,通常在25歐姆和70歐姆之間。在多層線路板中,傳輸線性能良好的關(guān)鍵是使它的特性阻抗在整條線路中保持恒定。但是,究竟什么是特性阻抗?理解特性阻抗最簡單的方法是看信號在傳輸中碰到了什么。當沿著一條具有同樣橫截面?zhèn)鬏斁€移動時,這類似圖1所示的微波傳輸。假定把1伏特的電壓階梯波加到這條傳輸線中,如把1伏特的電池連接到傳輸線的前端(它位于發(fā)送線路和回路之間),一旦連接,這個電壓波信號沿著該線以光速傳播,它的速度通常約為6英寸/納秒。當然,這個信號確實是發(fā)送線路和回路之間的電壓差,它可以從發(fā)送線路的任何一點和回路的相臨點來衡量。圖2是該電壓信號的傳輸示意圖。Zen的方法是先“產(chǎn)生信號”,然后沿著這條傳輸線以6英寸/納秒的速度傳播。0.01納秒前進了0.06英寸,這時發(fā)送線路有多余的正電荷,而回路有多余的負電荷,正是這兩種電荷差維持著這兩個導體之間的1伏電壓差,而這兩個導體又組成了一個電容器。在下一個0.01納秒中,又要將一段0.06英寸傳輸線的電壓從0調(diào)整到1伏特,這必須加一些正電荷到發(fā)送線路,而加一些負電荷到接收線路。每移動0.06英寸,必須把更多的正電荷加到發(fā)送線路,而把更多的負電荷加到回路。每隔0.01納秒,必須對傳輸線路的另外一段進行充電,然后信號開始沿著這一段傳播。電荷來自傳輸線前端的電池,當沿著這條線移動時,就給傳輸線的連續(xù)部分充電,因而在發(fā)送線路和回路之間形成了1伏特的電壓差。每前進0.01納秒,就從電池中獲得一些電荷(±Q),恒定的時間間隔(±t)內(nèi)從電池中流出的恒定電量(±Q)就是一種恒定電流。流入回路的負電流實際上與流出的正電流相等,而且正好在信號波的前端,交流電流通過上、下線路組成的電容,結(jié)束整個循環(huán)過程。
一、快速確定PCB外形設(shè)計PCB先要確定電路板的外形,通常就是在禁止布線層畫出電氣的布線范圍。除非有特殊要求,一般電路板的形狀都為矩形,長寬比一般為3:2或者4:3較為理想。在畫之前可以任意畫出兩條橫線和兩條豎線,然后利用“放置工具條”里的“設(shè)置原點”工具將某一條線段的端點設(shè)為原點即坐標為(0,0),之后雙擊每一條線段,對其起點和終點的坐標值進行相應(yīng)的更改,使4條線段首尾相接,形成一個封閉的矩形框,電路板的外型確定也就完成了。如果在畫圖的過程中需要調(diào)整電路板的大小,只要修改每條線段的相應(yīng)坐標值即可。從成本、敷銅線長度、抗噪聲能力考慮,電路板尺寸越小越好,但是板尺寸太小,則散熱不良,且相鄰的導線容易引起干擾。不過,當電路板的尺寸大于200mm×150mm時,應(yīng)該考慮電路板的機械強度,適當加裝固定孔,以便起到支撐的作用。二、元件布局開始布局之前首先要通過網(wǎng)絡(luò)表載入元器件,這個過程中經(jīng)常會遇到網(wǎng)絡(luò)表無法完全載入的錯誤,主要可歸為兩類:一類是找不到元件,解決方法是確認原理圖中已定義元件的封裝形式,并確認已添加相應(yīng)的PCB元件庫,若仍找不到元件就要自己造一個元件封裝了;另一類是丟失引腳,最常見的就是二極管、三極管的引腳丟失,這是由于原理圖中的引腳一般是字母A、K、E、B、C,而PCB元件的引腳則是數(shù)字1、2、3,解決方法就是更改原理圖的定義,或者更改PCB元件的定義使其一致即可。有經(jīng)驗的設(shè)計者一般都會根據(jù)實際元件的封裝外形建立一個自己的PCB元件庫,使用方便而且不易出錯。進行布局時,必須要遵循一些基本規(guī)則:(1)特殊元件特殊考慮高頻元件之間要盡量靠近,連線越短越好;具有高電位差的元件之間距離盡量加大;重量大的元器件應(yīng)該有支架固定;發(fā)熱的元件應(yīng)遠離熱敏元件并加裝相應(yīng)的散熱片或置于板外;電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容、微動開關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)該考慮整機的結(jié)構(gòu)要求,以方便調(diào)節(jié)為準??傊?,一些特殊的元器件在布局時要從元件本身的特性、機箱的結(jié)構(gòu)、維修調(diào)試的方便性等多方面綜合考慮,以保證做出一塊穩(wěn)定、好用的PCB板。
廠家FPC軟板一、拿一塊PCB板,首先需要在紙上記錄好所有元氣件的型號,參數(shù)以及位置,尤其是二極管、三級管的方向,FPC軟板生產(chǎn)廠IC缺口的方向。最好用數(shù)碼相機拍兩張元器件位置的照片。二、拆掉所有元件,要將PAD孔里的錫去掉。用酒精將板子擦洗干凈,然后放入掃描儀,在掃描儀掃描的時候要稍調(diào)高一下掃描的像素,得到較清晰的板子圖像。再用水紗紙將頂層和底層輕微打磨,打磨到銅膜發(fā)亮,放入掃描儀,啟動PHOTOSHOP,用彩色方式將兩層分別掃入。注意,PCB在掃描儀內(nèi)擺放一定要橫平豎直,否則掃描的圖象就無法使用。三、調(diào)整畫布的對比度,明暗度,使有銅膜的部分和沒有銅膜的部分形成強烈對比,然后將圖轉(zhuǎn)為黑白,檢查線條是否清晰,如果不清晰,就要繼續(xù)調(diào)節(jié)。如果清晰,將圖存為黑白BMP格式兩個文件,如果發(fā)現(xiàn)圖形有問題,還需用PHOTOSHOP進行修正。四、將兩個BMP格式的文件分別轉(zhuǎn)為PROTEL格式文件,在PROTEL中調(diào)入兩層,如果兩層的PAD和VIA的位置基本重合,表明前幾個步驟做的很好,如果有偏差,則重復第三步,直到吻合為止,將TOP層的BMP轉(zhuǎn)化為TOP.PCB,注意要轉(zhuǎn)化到SILK層,就是黃色的那層,然后你在TOP層描線就是了,并且根據(jù)第二步的圖紙放置器件。畫完后將SILK層刪掉,不斷重復知道繪制好所有的層。五、在PROTEL中將TOP.PCB和BOT.PCB調(diào)入,合為一個圖就OK了。用激光打印機將TOP LAYER,BOTTOM LAYER分別打印到透明膠片上(1:1的比例),把膠片放到那塊PCB上,比較一下是否有誤,如果沒錯,就算成功。
pcn設(shè)計問題集一部分從pcb如何選材到運用等一系列問題進行總結(jié)。1、如何選擇PCB板材?選擇PCB板材必須在滿足設(shè)計需求和可量產(chǎn)性及成本中間取得平衡點。設(shè)計需求包含電氣和機構(gòu)這兩部分。通常在設(shè)計非常高速的PCB板子(大于GHz的頻率)時這材質(zhì)問題會比較重要。例如,現(xiàn)在常用的FR-4材質(zhì),在幾個GHz的頻率時的介質(zhì)損耗(dielectric loss)會對信號衰減有很大的影響,可能就不合用。就電氣而言,要注意介電常數(shù)(dielectric constant)和介質(zhì)損在所設(shè)計的頻率是否合用。2、如何避免高頻干擾?避免高頻干擾的基本思路是盡量降低高頻信號電磁場的干擾,也就是所謂的串擾(Crosstalk)??捎美蟾咚傩盘柡湍M信號之間的距離,或加ground guard/shunt traces在模擬信號旁邊。還要注意數(shù)字地對模擬地的噪聲干擾。3、在高速設(shè)計中,如何解決信號的完整性問題?信號完整性基本上是阻抗匹配的問題。而影響阻抗匹配的因素有信號源的架構(gòu)和輸出阻抗(output impedance),走線的特性阻抗,負載端的特性,走線的拓樸(topology)架構(gòu)等。解決的方式是靠端接(termination)與調(diào)整走線的拓樸。