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(一)、引言 電子技術(shù)的發(fā)展變化必然給板級(jí)設(shè)計(jì)帶來許多新問題和新挑戰(zhàn)。首先，由于高密度引腳及引腳尺寸日趨物理極限，導(dǎo)致低的布通率；其次，由于系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的提高，引起的時(shí)序及信號(hào)完整性問題；第三，工程師希望能在PC平臺(tái)上用更好的工具完成復(fù)雜的高性能的設(shè)計(jì)。由此，我們不難看出，PCB板設(shè)計(jì)有以下三種趨勢(shì)： pcb畫板學(xué)習(xí)請(qǐng)加QQ :1610198039 高速數(shù)字電路(即高時(shí)鐘頻率及快速邊沿速率)的設(shè)計(jì)成為主流。 產(chǎn)品小型化及高性能必須面對(duì)在同一塊PCB板上由于混合信號(hào)設(shè)計(jì)技術(shù)(即數(shù)字、模擬及射頻混合設(shè)計(jì))所帶來的分布效應(yīng)問題。 設(shè)計(jì)難度的提高，導(dǎo)致傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程及設(shè)計(jì)方法，以及PC上的CAD工具很難勝任當(dāng)前的技術(shù)挑戰(zhàn)，因此，EDA軟件工具平臺(tái)從UNIX轉(zhuǎn)移到NT平臺(tái)成為業(yè)界公認(rèn)的一種趨勢(shì)。 (二)、高頻電路布線技巧 高頻電路往往集成度較高，布線密度大，采用多層板既是布線所必須的，也是 降低干擾的有效手段． 高頻電路器件管腳問的引線彎折越少越好．高頻電路布線的引線最好采用全 直線，需要轉(zhuǎn)折，可用45°折線或圓弧轉(zhuǎn)折，這種要求在低頻電路中僅僅用于 提高銅箔的固著強(qiáng)度，而在高頻電路中，滿足這一要求卻可以減少高頻信號(hào)對(duì) 外的發(fā)射和相互問的耦合． 高頻電路器件管腳的引線越短越好． 高頻電路器件管腳問的引線層問交替越少越好．也即元件連接過程中所用的 過孔(Via)越少越好．據(jù)測(cè)，一個(gè)過孔可帶來約0.5pF的分布電容，減少過孔數(shù) 能顯著提高速度． 高頻電路布線，要注意信號(hào)線近距離平行走線所引入的串?dāng)_，若無法避免平行分布，可在平行信號(hào)線的反面布置大面積地來大幅度減少干擾．同一層內(nèi)的平 行走線幾乎無法避免，但是在相鄰的兩個(gè)層走線的方向務(wù)必取為相互垂直． 對(duì)特別重要的信號(hào)線或局部單元實(shí)施地線包圍的措施． 各類信號(hào)線走線不能形成環(huán)路，地線也不能形成電流環(huán)路． 每個(gè)集成電路塊(IC)的附近應(yīng)設(shè)置至少一個(gè)高頻退耦電容，退耦電容盡量靠近器件的Vcc． 模擬地線(AGND)、數(shù)字地線(DGND)等接往公共地線時(shí)要采用高頻扼流這一環(huán)節(jié)．在實(shí)際裝配高頻扼流環(huán)節(jié)時(shí)用的往往是中心穿有導(dǎo)線的高頻鐵氧體磁珠，可在原理圖中把它當(dāng)做電感，在PCB元件庫(kù)中單獨(dú)為它定義一個(gè)元件封裝，布線前把它手工移動(dòng)到靠近公共地線匯合的合適位置上． (三)、PCB中電磁兼容性(EMC)設(shè)計(jì)方法 PCB的基材選擇及PCB層數(shù)的設(shè)置、電子元件選擇及電子元件的電磁特性、元件布局、元件問互連線的長(zhǎng)寬等都制約著PCB的電磁兼容性．PCB上的集成電路芯片(IC)是電磁干擾(EMI)最主要的能量來源．常規(guī)的電磁干擾(EMI)控制技術(shù)一般包括：元器件的合理布局、連線的合理控制、電源線、接地、濾波電容的合理配置、屏蔽等抑制電磁干擾(EMI)的措施都是很有效的，在工程實(shí)踐中被廣泛應(yīng)用． 1．高頻數(shù)字電路PCB的電磁兼容性(EMC)設(shè)計(jì)中的布線規(guī)則 高頻數(shù)字信號(hào)線要用短線，一般小于2inch(5cm)，且越短越好． 主要信號(hào)線最好集中在PCB板中心． 時(shí)鐘發(fā)生電路應(yīng)在PCB板中心附近，時(shí)鐘扇出應(yīng)采用菊花鏈或并聯(lián)布線． 電源線盡可能遠(yuǎn)離高頻數(shù)字信號(hào)線或用地線隔開，電源的分布必須是低感應(yīng)的(多路設(shè)計(jì))．多層PCB板內(nèi)的電源層與地層相鄰，相當(dāng)于一個(gè)電容，起到濾波作用．同一層上的電源線和地線也要盡可能靠近．電源層四周銅箔應(yīng)該比地層縮進(jìn)20倍于兩個(gè)平面層之間距離的尺寸，以確保系統(tǒng)有更好的EMC性能．地平面不要分割，高速信號(hào)線如果要跨電源平面分割，應(yīng)該緊靠信號(hào)線放置幾個(gè)低阻抗的橋接電容． 輸入輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行．最好加線間地線，以免發(fā)生反饋耦合． 當(dāng)銅箔厚度為50um、寬度為1-1.5mm時(shí)，通過2A的電流，導(dǎo)線溫度<3℃．PCB板的導(dǎo)線盡可能用寬線，對(duì)于集成電路，尤其是數(shù)字電路的信號(hào)線，通常選用4mil-12mil導(dǎo)線寬度，電源線和地線最好選用大于40mil的導(dǎo)線寬度．導(dǎo)線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定，通常選用4mil以上的導(dǎo)線間距．為減小導(dǎo)線間的串?dāng)_，必要時(shí)可增加導(dǎo)線間的距離，安插地線作為線間隔離． 在PCB板的所有層中，數(shù)字信號(hào)只能在電路板的數(shù)字部分布線，模擬信號(hào)只能在電路板的模擬部分布線．低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地，實(shí)際布線有因難時(shí)可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地．實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字電源分割，布線不能跨越分割電源之間的間隙，必須跨越分割電源之間間隙的信號(hào)線要位于緊鄰大面積地的布線層上． 在PCB中由電源和地造成的電磁兼容性問題主要有兩種，一種是電源噪聲，另一種是地線噪聲．根據(jù)PCB板電流的大小，盡量加大電源線寬度，減小環(huán)路電阻．同時(shí)，使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力．目前，電源和地平面的噪聲只能通過對(duì)原型產(chǎn)品的測(cè)量或由有經(jīng)驗(yàn)的工程師憑他們的經(jīng)驗(yàn)把退耦電容的容量設(shè)定為默認(rèn)的值． 2．高頻數(shù)字電路PCB的電磁兼容性(EMC)設(shè)計(jì)中的布局規(guī)則 電路的布局必須減小電流回路，盡可能縮短高頻元器件之間的連線，易受干擾的元器件距離不能太近，輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離． 按照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置，使布局便于信號(hào)流通，并使信號(hào)盡可能保持一致的方向． 以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進(jìn)行布局．元器件應(yīng)均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上，盡量縮短各元器件之間的引線連接． 將PCB分區(qū)為獨(dú)立的合理的模擬電路區(qū)和數(shù)字電路區(qū)，A／D轉(zhuǎn)換器跨分區(qū)放置． PCB電磁兼容設(shè)計(jì)的常規(guī)做法之一是在PCB板的各個(gè)關(guān)鍵部位配置適當(dāng)?shù)耐笋铍娙荩? (四)、信號(hào)完整性(SI)分析 信號(hào)完整性(Signal Integrity)簡(jiǎn)稱SI，指信號(hào)在信號(hào)線上的質(zhì)量，是信號(hào)在電路中能以正確的時(shí)序和電壓作出響應(yīng)的能力． 集成電路芯片(IC)或邏輯器件的開關(guān)速度高，端接元件的布局不正確或高速信號(hào)的錯(cuò)誤布線等都會(huì)引起如反射(reflection)、串?dāng)_(crosstalk)、過沖(overshoot)、欠沖(undershoot)、振鈴(ringing)等信號(hào)完整性問題，從而可能使系統(tǒng)輸出不正確的數(shù)據(jù)，電路工作不正常甚至完全不工作． PCB的信號(hào)完整性與設(shè)計(jì) 在PCB的設(shè)計(jì)中，PCB設(shè)計(jì)人員需要把元器件的布局、布線及每種情況下應(yīng)采用的何種SI問題解決方法綜合起來，才能更好地解決PCB板的信號(hào)完整性問題．在某些情況下IC的選擇能決定SI問題的數(shù)量和嚴(yán)重性．開關(guān)時(shí)間或邊沿速率是指IC狀態(tài)轉(zhuǎn)換的速率，IC邊沿速率越快，出現(xiàn)SI問題的可能性越高，正確地端接器件就很重要． PCB設(shè)計(jì)中減少信號(hào)完整性問題常用的方法是在傳輸線上增加端接元器件．在端接過程中，要權(quán)衡元器件數(shù)量、信號(hào)開關(guān)速度和電路功耗三方面的要求．例如增加端接元器件意味著PCB設(shè)計(jì)人員可用于布線的空間更少，而且在布局處理的后期增加端接元器件會(huì)更加困難，因?yàn)楸仨殲樾碌脑筒季�留出相應(yīng)的空間．因此在PCB布局初期就應(yīng)當(dāng)搞清楚是否需要放置端接元器件． 更多學(xué)習(xí)畫板的朋友們請(qǐng)咨詢高老師QQ3322386182 |
