pcn設(shè)計(jì)問題集第Y部分從pcb如何選材到運(yùn)用等一系列問題進(jìn)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(jì)需求和可量產(chǎn)性及成本中間取得平衡點(diǎn)。設(shè)計(jì)需求包含電氣和機(jī)構(gòu)這兩部分。通常在設(shè)計(jì)非常高速的PCB板子(大于GHz的頻率)時(shí)這材質(zhì)問題會(huì)比較重要。例如，現(xiàn)在常用的FR-4材質(zhì)，在幾個(gè)GHz的頻率時(shí)的介質(zhì)損耗(dielectric loss)會(huì)對(duì)信號(hào)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(jì)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(hào)電磁場的干擾，也就是所謂的串?dāng)_(Crosstalk)。可用拉大高速信號(hào)和模擬信號(hào)之間的距離，或加ground guard/shunt traces在模擬信號(hào)旁邊。還要注意數(shù)字地對(duì)模擬地的噪聲干擾。3、在高速設(shè)計(jì)中，如何解決信號(hào)的完整性問題?信號(hào)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(hào)源的架構(gòu)和輸出阻抗(output impedance)，走線的特性阻抗，負(fù)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。

在PCB(印制電路板)中，印制導(dǎo)線用來實(shí)現(xiàn)電路元件和器件之間電氣連接，是PCB中的重要組件，PCB導(dǎo)線多為銅線，銅自身的物理特性也導(dǎo)致其在導(dǎo)電過程中必然存在一定的阻抗，導(dǎo)線中的電感成分會(huì)影響電壓信號(hào)的傳輸，而電阻成分則會(huì)影響電流信號(hào)的傳輸，在高頻線路中電感的影響尤為嚴(yán)重，因此，在PCB設(shè)計(jì)中必須注意和消除印制導(dǎo)線阻抗所帶來的影響。1印制導(dǎo)線產(chǎn)生干擾的原因PCB上的印制導(dǎo)線通電后在直流或交流狀態(tài)下分別對(duì)電流呈現(xiàn)電阻或感抗，而平行導(dǎo)線之間存在電感效應(yīng)，電阻效應(yīng)，電導(dǎo)效應(yīng)，互感效應(yīng);一根導(dǎo)線上的變化電流必然影響另一根導(dǎo)線，從而產(chǎn)生干擾;PCB板外連接導(dǎo)線甚至元器件引線都可能成為發(fā)射或接收干擾信號(hào)的天線。印制導(dǎo)線的直流電阻和交流阻抗可以通過公式和公式來計(jì)算，R=PL/S和XL=2πfL式中L為印制導(dǎo)線長度(m)，s為導(dǎo)線截面積(mm2)，ρ為銅的電阻率，TT為常數(shù)，f為交流頻率。正是由于這些阻抗的存在，從而產(chǎn)生一定的電位差，這些電位差的存在，必然會(huì)帶來干擾，從而影響電路的正常工作。2 PCB電流與導(dǎo)線寬度的關(guān)系PCB導(dǎo)線寬度與電路電流承載值有關(guān)，一般導(dǎo)線越寬，承載電流的能力越強(qiáng)。在實(shí)際的PCB制作過程中，導(dǎo)線寬度應(yīng)以能滿足電氣性能要求而又便于生產(chǎn)為宜，它的最小值以承受的電流大小而定，導(dǎo)線寬度和間距可取0.3mm(12mil)。導(dǎo)線的寬度在大電流的情況下還要考慮其溫升問題。PCB設(shè)計(jì)銅鉑厚度、線寬

通訊與計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展使得高速PCB設(shè)計(jì)進(jìn)入了千兆位領(lǐng)域，新的高速器件應(yīng)用使得如此高的速率在背板和單板上的長距離傳輸成為可能，但與此同時(shí)，PCB設(shè)計(jì)中的信號(hào)完整性問題(SI)、電源完整性以及電磁兼容方面的問題也更加突出。信號(hào)完整性是指信號(hào)在信號(hào)線上傳輸?shù)馁|(zhì)量，主要問題包括反射、振蕩、時(shí)序、地彈和串?dāng)_等。信號(hào)完整性差不是由某個(gè)單一因素導(dǎo)致，而是板級(jí)設(shè)計(jì)中多種因素共同引起。在千兆位設(shè)備的PCB板設(shè)計(jì)中，一個(gè)好的信號(hào)完整性設(shè)計(jì)要求工程師全面考慮器件、傳輸線互聯(lián)方案、電源分配以及EMC方面的問題。高速PCB設(shè)計(jì)EDA工具已經(jīng)從單純的仿真驗(yàn)證發(fā)展到設(shè)計(jì)和驗(yàn)證相結(jié)合，幫助設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)早期設(shè)定規(guī)則以避免錯(cuò)誤而不是在設(shè)計(jì)后期發(fā)現(xiàn)問題。隨著數(shù)據(jù)速率越來越高設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，高速PCB系統(tǒng)分析工具變得更加必要，這些工具包括時(shí)序分析、信號(hào)完整性分析、設(shè)計(jì)空間參數(shù)掃描分析、EMC設(shè)計(jì)、電源系統(tǒng)穩(wěn)定性分析等。這里我們將著重討論在千兆位設(shè)備PCB設(shè)計(jì)中信號(hào)完整性分析應(yīng)考慮的一些問題。高速器件與器件模型盡管千兆位發(fā)送與接收元器件供應(yīng)商會(huì)提供有關(guān)芯片的設(shè)計(jì)資料，但是器件供應(yīng)商對(duì)于新器件信號(hào)完整性的了解也存在一個(gè)過程，這樣器件供應(yīng)商給出的設(shè)計(jì)指南可能并不成熟，還有就是器件供應(yīng)商給出的設(shè)計(jì)約束條件通常都是非常苛刻的，對(duì)設(shè)計(jì)工程師來說要滿足所有的設(shè)計(jì)規(guī)則會(huì)非常困難。所以就需要信號(hào)完整性工程師運(yùn)用仿真分析工具對(duì)供應(yīng)商的約束規(guī)則和實(shí)際設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，考察和優(yōu)化元器件選擇、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、匹配方案、匹配元器件的值，并最終開發(fā)出確保信號(hào)完整性的PCB布局布線規(guī)則。因此，千兆位信號(hào)的精確仿真分析變得十分重要，而器件模型在信號(hào)完整性分析工作中的作用也越來越得到重視。

專業(yè)貼片SMT在PCB板的設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以通過分層、恰當(dāng)?shù)牟季植季€和安裝實(shí)現(xiàn)PCB的抗ESD設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，專業(yè)貼片SMT加工廠通過預(yù)測可以將絕大多數(shù)設(shè)計(jì)修改僅限于增減元器件。通過調(diào)整PCB布局布線，能夠很好地防范ESD。以下是一些常見的防范措施。1、盡可能使用多層PCB相對(duì)于雙面PCB而言，地平面和電源平面，以及排列緊密的信號(hào)線-地線間距能夠減小共模阻抗和感性耦合，使之達(dá)到雙面PCB的1/10到1/100。盡量地將每一個(gè)信號(hào)層都緊靠一個(gè)電源層或地線層。對(duì)于頂層和底層表面都有元器件、具有很短連接線以及許多填充地的高密度PCB，可以考慮使用內(nèi)層線。2、對(duì)于雙面PCB來說，要采用緊密交織的電源和地柵格。電源線緊靠地線，在垂直和水平線或填充區(qū)之間，要盡可能多地連接。一面的柵格尺寸小于等于60mm，如果可能，柵格尺寸應(yīng)小于13mm。3、確保每一個(gè)電路盡可能緊湊。4、盡可能將所有連接器都放在一邊。5、在每一層的機(jī)箱地和電路地之間，要設(shè)置相同的“隔離區(qū)”;如果可能，保持間隔距離為0.64mm。6、PCB裝配時(shí)，不要在頂層或者底層的焊盤上涂覆任何焊料。使用具有內(nèi)嵌墊圈的螺釘來實(shí)現(xiàn)PCB與金屬機(jī)箱/屏蔽層或接地面上支架的緊密接觸。

解決EMI問題的辦法很多，現(xiàn)代的EMI抑制方法包括：利用EMI抑制涂層、選用合適的EMI抑制零配件和EMI仿真設(shè)計(jì)等。本文從最基本的PCB布板出發(fā)，討論P(yáng)CB分層堆疊在控制EMI輻射中的作用和設(shè)計(jì)技巧。電源匯流排在IC的電源引腳附近合理地安置適當(dāng)容量的電容，可使IC輸出電壓的跳變來得更快。然而，問題并非到此為止。由于電容呈有限頻率響應(yīng)的特性，這使得電容無法在全頻帶上生成干凈地驅(qū)動(dòng)IC輸出所需要的諧波功率。除此之外，電源匯流排上形成的瞬態(tài)電壓在去耦路徑的電感兩端會(huì)形成電壓降，這些瞬態(tài)電壓就是主要的共模EMI干擾源。我們應(yīng)該怎么解決這些問題?就我們電路板上的IC而言，IC周圍的電源層可以看成是優(yōu)良的高頻電容器，它可以收集為干凈輸出提供高頻能量的分立電容器所泄漏的那部份能量。此外，優(yōu)良的電源層的電感要小，從而電感所合成的瞬態(tài)信號(hào)也小，進(jìn)而降低共模EMI。當(dāng)然，電源層到IC電源引腳的連線必須盡可能短，因?yàn)閿?shù)位信號(hào)的上升沿越來越快，最好是直接連到IC電源引腳所在的焊盤上，這要另外討論。為了控制共模EMI，電源層要有助于去耦和具有足夠低的電感，這個(gè)電源層必須是一個(gè)設(shè)計(jì)相當(dāng)好的電源層的配對(duì)。有人可能會(huì)問，好到什么程度才算好?問題的答案取決于電源的分層、層間的材料以及工作頻率(即IC上升時(shí)間的函數(shù))。通常，電源分層的間距是6mil，夾層是FR4材料，則每平方英寸電源層的等效電容約為75pF。顯然，層間距越小電容越大。