從IC芯片的發(fā)展及封裝形式來看,芯片體積越來越小、引腳數越來越多;同時,由于近年來IC工藝的發(fā)展,使得其速度也越來越高。這就帶來了一個問題,即電子設計的體積減小導致電路的布局布線密度變大,而同時信號的頻率還在提高,從而使得如何處理高速信號問題成為一個設計能否成功的關鍵因素。隨著電子系統(tǒng)中邏輯復雜度和時鐘頻率的迅速提高,信號邊沿不斷變陡,印刷電路板的線跡互連和板層特性對系統(tǒng)電氣性能的影響也越發(fā)重要。對于低頻設計,線跡互連和板層的影響可以不考慮,但當頻率超過50 MHz時,互連關系必須考慮,而在*定系統(tǒng)性能時還必須考慮印刷電路板板材的電參數。因此,高速系統(tǒng)的設計必須面對互連延遲引起的時序問題以及串擾、傳輸線效應等信號完整性(Signal Integrity,SI)問題。當硬件工作頻率增高后,每一根布線網絡上的傳輸線都可能成為發(fā)射天線,對其他電子設備產生電磁輻射或與其他設備相互干擾,從而使硬件時序邏輯產生混亂。電磁兼容性(Electromagnetic Compatibility,EMC)的標準提出了解決硬件實際布線網絡可能產生的電磁輻射干擾以及本身抵抗外部電磁干擾的基本要求。1 高速數字電路設計的幾個基本概念在高速數字電路中,由于串擾、反射、過沖、振蕩、地彈、偏移等信號完整性問題,本來在低速電路中無需考慮的因素在這里就顯得格外重要;另外,隨著現有電氣系統(tǒng)耦合結構越來越復雜,電磁兼容性也變成了一個不能不考慮的問題。要解決高速電路設計的問題,首先需要真正明白高速信號的概念。高速不是就頻率的高低來說的,而是由信號的邊沿速度決定的,一般認為上升時間小于4倍信號傳輸延遲時可視為高速信號。即使在工作頻率不高的系統(tǒng)中,也會出現信號完整性的問題。這是由于隨著集成電路工藝的提高,所用器件I/O端口的信號邊沿比以前更陡更快,因此在工作時鐘不高的情況下也屬于高速器件,隨之帶來了信號完整性的種種問題。
隨著集成電路輸出開關速度提高以及PCB板密度增加,信號完整性已經成為高速數字PCB設計必須關心的問題之一。元器件和PCB板的參數、元器件在PCB板上的布局、高速信號的布線等因素,都會引起信號完整性問題,導致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定,甚至完全不工作。如何在PCB板的設計過程中充分考慮到信號完整性的因素,并采取有效的控制措施,已經成為當今PCB設計業(yè)界中的一個熱門課題。基于信號完整性計算機分析的高速數字PCB板設計方法能有效地實現PCB設計的信號完整性。1. 信號完整性問題概述信號完整性(SI)是指信號在電路中以正確的時序和電壓作出響應的能力。如果電路中信號能夠以要求的時序、持續(xù)時間和電壓幅度到達IC,則該電路具有較好的信號完整性。反之,當信號不能正常響應時,就出現了信號完整性問題。從廣義上講,信號完整性問題主要表現為5個方面:延遲、反射、串擾、同步切換噪聲(SSN)和電磁兼容性(EMI)。延遲是指信號在PCB板的導線上以有限的速度傳輸,信號從發(fā)送端發(fā)出到達接收端,其間存在一個傳輸延遲。信號的延遲會對系統(tǒng)的時序產生影響,在高速數字系統(tǒng)中,傳輸延遲主要取決于導線的長度和導線周圍介質的介電常數。另外,當PCB板上導線(高速數字系統(tǒng)中稱為傳輸線)的特征阻抗與負載阻抗不匹配時,信號到達接收端后有一部分能量將沿著傳輸線反射回去,使信號波形發(fā)生畸變,甚至出現信號的過沖和下沖。信號如果在傳輸線上來回反射,就會產生振鈴和環(huán)繞振蕩。
開發(fā)PCB打樣一.PCB高頻板的定義高頻板是指電磁頻率較高的特種線路板,用于高頻率(頻率大于300MHZ或者波長小于1米)與微波(頻率大于3GHZ或者波長小于0.1米)領域的PCB,PCB打樣生產廠是在微波基材覆銅板上利用普通剛性線路板制造方法的部分工序或者采用特殊處理方法而生產的電路板。一般來說,高頻板可定義為頻率在1GHz以上線路板。隨著科學技術的快速發(fā)展,越來越多的設備設計是在微波頻段(>1GHZ)甚至與毫米波領域(30GHZ)以上的應用,這也意味著頻率越來越高,對線路板的基材的要求也越來越高。比如說基板材料需要具有優(yōu)良的電性能,良好的化學穩(wěn)定性,隨電源信號頻率的增加在基材上的損失要求非常小,所以高頻板材的重要性就凸現出來了。二.PCB高頻板應用領域2.1移動通訊產品2.2功放、低噪聲放大器等2.3功分器、耦和器、雙工器、濾波器等無源器件2.4汽車防碰撞系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)、無線電系統(tǒng)等領域。電子設備高頻化是發(fā)展趨勢。三.高頻板的分類3.1粉末陶瓷填充熱固性材料A、生產廠家:Rogers公司的4350B/4003CArlon公司的25N/25FRTaconic公司的TLG系列B、加工方法:和環(huán)氧樹脂/玻璃編織布(FR4)類似的加工流程,只是板材比較脆,容易斷板,鉆孔和鑼板時鉆咀和鑼刀壽命要減少20%。
1.開料目的:根據工程資料MI的要求,在符合要求的大張板材上,裁切成小塊生產板件.符合客戶要求的小塊板料.流程:大板料→按MI要求切板→鋦板→啤圓角磨邊→出板鉆孔目的:根據工程資料,在所開符合要求尺寸的板料上,相應的位置鉆出所求的孔徑.流程:疊板銷釘→上板→鉆孔→下板→檢查修理沉銅目的:沉銅是利用化學方法在絕緣孔壁上沉積上一層薄銅.流程:粗磨→掛板→沉銅自動線→下板→浸%稀H2SO4→加厚銅圖形轉移目的:圖形轉移是生產菲林上的圖像轉移到板上。流程:(藍油流程):磨板→印第Y面→烘干→印第二面→烘干→爆光→沖影→檢查;(干膜流程):麻板→壓膜→靜置→對位→曝光→靜置→沖影→檢查圖形電鍍目的:圖形電鍍是在線路圖形裸露的銅皮上或孔壁上電鍍一層達到要求厚度的銅層與要求厚度的金鎳或錫層。流程:上板→除油→水洗二次→微蝕→水洗→酸洗→鍍銅→水洗→浸酸→鍍錫→水洗→下板退膜目的:用NaOH溶液退去抗電鍍覆蓋膜層使非線路銅層裸露出來。流程:水膜:插架→浸堿→沖洗→擦洗→過機;干膜:放板→過機蝕刻目的:蝕刻是利用化學反應法將非線路部位的銅層腐蝕去。綠油目的:綠油是將綠油菲林的圖形轉移到板上,起到保護線路和阻止焊接零件時線路上錫的作用。流程:磨板→印感光綠油→鋦板→曝光→沖影;磨板→印第Y面→烘板→印第二面→烘板字符目的:字符是提供的一種便于辯認的標記。流程:綠油終鋦后→冷卻靜置→調網→印字符→后鋦鍍金手指目的:在插頭手指上鍍上一層要求厚度的鎳金層,使之更具有硬度的耐磨性。流程:上板→除油→水洗兩次→微蝕→水洗兩次→酸洗→鍍銅→水洗→鍍鎳→水洗→鍍金鍍錫板 (并列的一種工藝)目的:噴錫是在未覆蓋阻焊油的裸露銅面上噴上一層鉛錫,以保護銅面不蝕氧化,以保證具有良好的焊接性能.流程:微蝕→風干→預熱→松香涂覆→焊錫涂覆→熱風平整→風冷→洗滌風干成型目的:通過模具沖壓或數控鑼機鑼出客戶所需要的形狀成型的方法有機鑼,啤板,手鑼,手切說明:數據鑼機板與啤板的精確度較高,手鑼其次,手切板最低具只能做一些簡單的外形.測試目的:通過電子00%測試,檢測目視不易發(fā)現到的開路,短路等影響功能性之缺陷.流程:上?!虐濉鷾y試→合格→FQC目檢→不合格→修理→返測試→OK→REJ→報廢終檢目的:通過00%目檢板件外觀缺陷,并對輕微缺陷進行修理,避免有問題及缺陷板件流出.具體工作流程:來料→查看資料→目檢→合格→FQA抽查→合格→包裝→不合格→處理→檢查OKa
相信對做硬件的工程師,畢業(yè)開始進公司時,在設計PCB時,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,就憑他們的幾句經驗對我們來說是遠遠不夠的哦,當然如果你沒有注意這些細節(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,放遠了起不到效果等等”,往往經驗告訴我們其實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資料,為什么設計PCB電容要就近擺放呢,等看了資料后就能了解一些,可是網上的資料很雜散,很少能找到一個很全方面講解的。下面這些內容是我轉載的一篇關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?學生答: 因為它有有效半徑哦,放的遠了失效的。電容去耦的一個重要問題是電容的去耦半徑。大多數資料中都會提到電容擺放要盡量靠近芯片,多數資料都是從減小回路電感的角度來談這個擺放距離問題。確實,減小電感是一個重要原因,但是還有一個重要的原因大多數資料都沒有提及,那就是電容去耦半徑問題。如果電容擺放離芯片過遠,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償電流之間的相位關系。當芯片對電流的需求發(fā)生變化時,會在電源平面的一個很小的局部區(qū)域內產生電壓擾動,電容要補償這一電流(或電壓),就必須先感知到這個電壓擾動。信號在介質中傳播需要一定的時間,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時間延遲。同樣,電容的補償電流到達擾動區(qū)也需要一個延遲。因此必然造成噪聲源和電容補償電流之間的相位上的不一致。
在PCB(印制電路板)中,印制導線用來實現電路元件和器件之間電氣連接,是PCB中的重要組件,PCB導線多為銅線,銅自身的物理特性也導致其在導電過程中必然存在一定的阻抗,導線中的電感成分會影響電壓信號的傳輸,而電阻成分則會影響電流信號的傳輸,在高頻線路中電感的影響尤為嚴重,因此,在PCB設計中必須注意和消除印制導線阻抗所帶來的影響。1印制導線產生干擾的原因PCB上的印制導線通電后在直流或交流狀態(tài)下分別對電流呈現電阻或感抗,而平行導線之間存在電感效應,電阻效應,電導效應,互感效應;一根導線上的變化電流必然影響另一根導線,從而產生干擾;PCB板外連接導線甚至元器件引線都可能成為發(fā)射或接收干擾信號的天線。印制導線的直流電阻和交流阻抗可以通過公式和公式來計算,R=PL/S和XL=2πfL式中L為印制導線長度(m),s為導線截面積(mm2),ρ為銅的電阻率,TT為常數,f為交流頻率。正是由于這些阻抗的存在,從而產生一定的電位差,這些電位差的存在,必然會帶來干擾,從而影響電路的正常工作。2 PCB電流與導線寬度的關系PCB導線寬度與電路電流承載值有關,一般導線越寬,承載電流的能力越強。在實際的PCB制作過程中,導線寬度應以能滿足電氣性能要求而又便于生產為宜,它的最小值以承受的電流大小而定,導線寬度和間距可取0.3mm(12mil)。導線的寬度在大電流的情況下還要考慮其溫升問題。PCB設計銅鉑厚度、線寬