相信對做硬件的工程師,畢業(yè)開始進(jìn)公司時(shí),在設(shè)計(jì)PCB時(shí),老工程師都會對他說,PCB走線不要走直角,走線一定要短,電容一定要就近擺放等等。但是一開始我們可能都不了解為什么這樣做,就憑他們的幾句經(jīng)驗(yàn)對我們來說是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的哦,當(dāng)然如果你沒有注意這些細(xì)節(jié)問題,今后又犯了,可能又會被他們罵,“都說了多少遍了電容一定要就近擺放,放遠(yuǎn)了起不到效果等等”,往往經(jīng)驗(yàn)告訴我們其實(shí)那些老工程師也是只有一部分人才真正掌握其中的奧妙,我們一開始不會也不用難過,多看看資料很快就能掌握的。直到被罵好幾次后我們回去找相關(guān)資料,為什么設(shè)計(jì)PCB電容要就近擺放呢,等看了資料后就能了解一些,可是網(wǎng)上的資料很雜散,很少能找到一個(gè)很全方面講解的。下面這些內(nèi)容是我轉(zhuǎn)載的一篇關(guān)于電容去耦半徑的講解,相信你看了之后可以很牛x的回答和避免類似問題的發(fā)生。老師問: 為什么去耦電容就近擺放呢?學(xué)生答: 因?yàn)樗杏行О霃脚?,放的遠(yuǎn)了失效的。電容去耦的一個(gè)重要問題是電容的去耦半徑。大多數(shù)資料中都會提到電容擺放要盡量靠近芯片,多數(shù)資料都是從減小回路電感的角度來談這個(gè)擺放距離問題。確實(shí),減小電感是一個(gè)重要原因,但是還有一個(gè)重要的原因大多數(shù)資料都沒有提及,那就是電容去耦半徑問題。如果電容擺放離芯片過遠(yuǎn),超出了它的去耦半徑,電容將失去它的去耦的作用。理解去耦半徑最好的辦法就是考察噪聲源和電容補(bǔ)償電流之間的相位關(guān)系。當(dāng)芯片對電流的需求發(fā)生變化時(shí),會在電源平面的一個(gè)很小的局部區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生電壓擾動,電容要補(bǔ)償這一電流(或電壓),就必須先感知到這個(gè)電壓擾動。信號在介質(zhì)中傳播需要一定的時(shí)間,因此從發(fā)生局部電壓擾動到電容感知到這一擾動之間有一個(gè)時(shí)間延遲。同樣,電容的補(bǔ)償電流到達(dá)擾動區(qū)也需要一個(gè)延遲。因此必然造成噪聲源和電容補(bǔ)償電流之間的相位上的不一致。
遼寧專業(yè)SMT貼片在基于信號完整性計(jì)算機(jī)分析的PCB設(shè)計(jì)方法中,最為核心的部分就是PCB板級信號完整性模型的建立,SMT貼片生產(chǎn)廠這是與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法的區(qū)別之處。SI模型的正確性將決定設(shè)計(jì)的正確性,而SI模型的可建立性則決定了這種設(shè)計(jì)方法的可行性。目前構(gòu)成器件模型的方法有兩種:一種是從元器件的電學(xué)工作特性出發(fā),把元器件看成‘黑盒子’,測量其端口的電氣特性,提取器件模型,而不涉及器件的工作原理,稱為行為級模型。這種模型的代表是IBIS模型和S參數(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是建模和使用簡單方便,節(jié)約資源,適用范圍廣泛,特別是在高頻、非線性、大功率的情況下行為級模型是一個(gè)選擇。缺點(diǎn)是精度較差,一致性不能保證,受測試技術(shù)和精度的影響。另一種是以元器件的工作原理為基礎(chǔ),從元器件的數(shù)學(xué)方程式出發(fā),得到的器件模型及模型參數(shù)與器件的物理工作原理有密切的關(guān)系。SPICE 模型是這種模型中應(yīng)用最廣泛的一種。其優(yōu)點(diǎn)是精度較高,特別是隨著建模手段的發(fā)展和半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步和規(guī)范,人們已可以在多種級別上提供這種模型,滿足不同的精度需要。缺點(diǎn)是模型復(fù)雜,計(jì)算時(shí)間長。一般驅(qū)動器和接收器的模型由器件廠商提供,傳輸線的模型通常從場分析器中提取,封裝和連接器的模型即可以由場分析器提取,又可以由制造廠商提供。在電子設(shè)計(jì)中已經(jīng)有多種可以用于PCB板級信號完整性分析的模型,其中最為常用的有三種,分別是SPICE、IBIS和Verilog-AMS、VHDL-AMS。
隨著PCB設(shè)計(jì)復(fù)雜度的逐步提高,對于信號完整性的分析除了反射,串?dāng)_以及EMI之外,穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng)也成為設(shè)計(jì)者們重點(diǎn)研究的方向之一。尤其當(dāng)開關(guān)器件數(shù)目不斷增加,核心電壓不斷減小的時(shí)候,電源的波動往往會給系統(tǒng)帶來致命的影響,于是人們提出了新的名詞:電源完整性,簡稱PI(powerintegrity)。當(dāng)今國際市場上,IC設(shè)計(jì)比較發(fā)達(dá),但電源完整性設(shè)計(jì)還是一個(gè)薄弱的環(huán)節(jié)。因此本文提出了PCB板中電源完整性問題的產(chǎn)生,分析了影響電源完整性的因素并提出了解決PCB板中電源完整性問題的優(yōu)化方法與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì),具有較強(qiáng)的理論分析與實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。二、電源噪聲的起因及分析對于電源噪聲的起因我們通過一個(gè)與非門電路圖進(jìn)行分析。圖1中的電路圖為一個(gè)三輸入與非門的結(jié)構(gòu)圖,因?yàn)榕c非門屬于數(shù)字器件,它是通過“1”和“0”電平的切換來工作的。隨著IC技術(shù)的不斷提高,數(shù)字器件的切換速度也越來越快,這就引進(jìn)了更多的高頻分量,同時(shí)回路中的電感在高頻下就很容易引起電源波動。如在圖1中,當(dāng)與非門輸入全為高電平時(shí),電路中的三極管導(dǎo)通,電路瞬間短路,電源向電容充電,同時(shí)流入地線。此時(shí)由于電源線和地線上存在寄生電感,我們由公式V=LdI/dt可知,這將在電源線和地線上產(chǎn)生電壓波動,如圖2中所示的電平上升沿所引入的ΔI噪聲。當(dāng)與非門輸入為低電平時(shí),此時(shí)電容放電,將在地線上產(chǎn)生較大的ΔI噪聲;而電源此時(shí)只有電路的瞬間短路所引起的電流突變,由于不存在向電容充電而使電流突變相對于上升沿來說要小。從對與非門的電路進(jìn)行分析我們知道,造成電源不穩(wěn)定的根源主要在于兩個(gè)方面:一是器件高速開關(guān)狀態(tài)下,瞬態(tài)的交變電流過大;
一、PCB沉金采用的是化學(xué)沉積的方法,通過化學(xué)氧化還原反應(yīng)的方法生成一層鍍層,一般厚度較厚,是化學(xué)鎳金金層沉積方法的一種,可以達(dá)到較厚的金層。二、PCB鍍金采用的是電解的原理,也叫電鍍方式。其他金屬表面處理也多數(shù)采用的是電鍍方式。在實(shí)際產(chǎn)品應(yīng)用中,90%的金板是沉金板,因?yàn)殄兘鸢搴附有圆钍撬闹旅秉c(diǎn),也是導(dǎo)致很多公司放棄鍍金工藝的直接原因!沉金工藝在印制線路表面上沉積顏色穩(wěn)定,光亮度好,鍍層平整,可焊性良好的鎳金鍍層?;究煞譃樗膫€(gè)階段:前處理(除油,微蝕,活化、后浸),沉鎳,沉金,后處理(廢金水洗,DI水洗,烘干)。沉金厚度在0.025-0.1um間。金應(yīng)用于電路板表面處理,因?yàn)榻鸬膶?dǎo)電性強(qiáng),抗氧化性好,壽命長,而鍍金板與沉金板最根本的區(qū)別在于,鍍金是硬金(耐磨),沉金是軟金(不耐磨)。1、沉金與鍍金所形成的晶體結(jié)構(gòu)不一樣,沉金對于金的厚度比鍍金要厚很多,沉金會呈金黃色,較鍍金來說更黃(這是區(qū)分鍍金和沉金的方法之一),鍍金的會稍微發(fā)白(鎳的顏色)。2、沉金與鍍金所形成的晶體結(jié)構(gòu)不一樣,沉金相對鍍金來說更容易焊接,不會造成焊接不良。沉金板的應(yīng)力更易控制,對有邦定的產(chǎn)品而言,更有利于邦定的加工。同時(shí)也正因?yàn)槌两鸨儒兘疖?,所以沉金板做金手指不耐?沉金板的缺點(diǎn))。3、PCB沉金板只有焊盤上有鎳金,趨膚效應(yīng)中信號的傳輸是在銅層不會對信號有影響。4、沉金較鍍金來說晶體結(jié)構(gòu)更致密,不易產(chǎn)成氧化。5、隨著電路板加工精度要求越來越高,線寬、間距已經(jīng)到了0.1mm以下。鍍金則容易產(chǎn)生金絲短路。沉金板只有焊盤上有鎳金,所以不容易產(chǎn)成金絲短路。6、沉金板只有焊盤上有鎳金,所以線路上的阻焊與銅層的結(jié)合更牢固。工程在作補(bǔ)償時(shí)不會對間距產(chǎn)生影響。7、對于要求較高的板子,平整度要求要好,一般就采用沉金,沉金一般不會出現(xiàn)組裝后的黑墊現(xiàn)象。沉金板的平整性與使用壽命較鍍金板要好。所以目前大多數(shù)工廠都采用了沉金工藝生產(chǎn)金板。但是沉金工藝比鍍金工藝成本更貴(含金量更高),所以依然還有大量的低價(jià)產(chǎn)品使用鍍金工藝。
這里主要是說了從PCB設(shè)計(jì)封裝來解析選擇元件的技巧。元件的封裝包含很多信息,包含元件的尺寸,特別是引腳的相對位置關(guān)系,還有元件的焊盤類型。當(dāng)然我們根據(jù)元件封裝選擇元件時(shí)還有一個(gè)要注意的地方是要考慮元件的外形尺寸。引腳位置關(guān)系:主要是指我們需要將實(shí)際的元件的引腳和PCB元件的封裝的尺寸對應(yīng)起來。我們選擇不同的元件,雖然功能相同,但是元件的封裝很可能不一樣。我們需要保證PCB焊盤尺寸位置正確才能保證元件能正確焊接。焊盤的選擇:這個(gè)是我們需要考慮的比較多的地方。首先包括焊盤的類型。其類型包括兩種,一是電鍍通孔,一種是表貼類型。我們需要考慮的因素有器件成本、可用性、器件面積密度和功耗等因數(shù)。從制造角度看,表貼器件通常要比通孔器件便宜,而且一般可用性較高。對于我們一般設(shè)計(jì)來說,我們選擇表貼元件,不僅方便手工焊接,而且有利于查錯(cuò)和調(diào)試過程中更好的連接焊盤和信號。其次我們還應(yīng)該注意焊盤的位置。因?yàn)椴煌奈恢?,就代表元件?shí)際當(dāng)中不同的位置。我們?nèi)绻缓侠戆才藕副P的位置,很有可能就會出現(xiàn)一個(gè)區(qū)域元件過密,而另外一個(gè)區(qū)域元件很稀疏的情況,當(dāng)然情況更糟糕的是由于焊盤位置過近,導(dǎo)致元件之間空隙過小而無法焊接,下面就是我失敗的一個(gè)例子,我在一個(gè)光耦開關(guān)旁邊開了通孔,但是由于它們的位置過近,導(dǎo)致光耦開關(guān)焊接上去以后,通孔無法再放置螺絲了。