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較多的PCB工程師,他們經常畫電腦主板,對Allegro等優秀的工具非常的熟練,但是,非常可惜的是,他們居然很少知道如何進行阻抗控制,如何使用工具進行信號完整性分析.如何使用IBIS模型我覺得真正的PCB高手應該還是信號完整性專家,而不僅僅停留在連連線,過過孔的基礎上對布通一塊板子容易，布好一塊好難。 小資料 對于電源、地的層數以及信號層數確定后，它們之間的相對排布位置是每一個PCB工程師都不能回避的話題； 單板層的排布一般原則： 元件面下面（第二層）為地平面，提供器件屏蔽層以及為頂層布線提供參考平面； 所有信號層盡可能與地平面相鄰； 盡量避免兩信號層直接相鄰；s 主電源盡可能與其對應地相鄰； 兼顧層壓結構對稱。 對于母板的層排布，現有母板很難控制平行長距離布線，對于板級 工作頻率在50MHZ以上的（50MHZ以下的情況可參照，適當放寬），建議排布原則： 元件面、焊接面為完整的地平面（屏蔽）； 無相鄰平行布線層； 所有信號層盡可能與地平面相鄰； 關鍵信號與地層相鄰，不跨分割區。 注：具體PCB的層的設置時，要對以上原則進行靈活掌握，在領會以上原則的基礎上，根據實際單板的需求，如：是否需要一關鍵布線層、電源、地平面的分割情況等，確定層的排布，切忌生搬硬套，或摳住一點不放。 以下為單板層的排布的具體探討： *四層板，優選方案1，可用方案3
方案1 此方案四層PCB的主選層設置方案，在元件面下有一地平面，關鍵信號優選布TOP層；至于層厚設置，有以下建議： 滿足阻抗控制芯板（GND到POWER）不宜過厚，以降低電源、地平面的分布阻抗；保證電源平面的去藕效果；為了達到一定的屏蔽效果，有人試圖把電源、地平面放在TOP、BOTTOM層，即采用方案2： 此方案為了達到想要的屏蔽效果，至少存在以下缺陷： 電源、地相距過遠，電源平面阻抗較大 電源、地平面由于元件焊盤等影響，極不完整 由于參考面不完整，信號阻抗不連續 實際上，由于大量采用表貼器件，對于器件越來越密的情況下，本方案的電源、地幾乎無法作為完整的參考平面，預期的屏蔽效果很難實現；方案2使用范圍有限。但在個別單板中，方案2不失為最佳層設置方案。 以下為方案2使用案例； 案例（特例）：設計過程中，出現了以下情況： A、整板無電源平面，只有GND、PGND各占一個平面； B、整板走線簡單，但作為接口濾波板，布線的輻射必須關注； C、該板貼片元件較少，多數為插件。 分析： １、由于該板無電源平面，電源平面阻抗問題也就不存在了； ２、由于貼片元件少（單面布局），若表層做平面層，內層走線，參考平面的完整性基本得到保證，而且第二層可鋪銅保證少量頂層走線的參考平面； ３、作為接口濾波板，PCB布線的輻射必須關注，若內層走線，表層為GND、PGND，走線得到很好的屏蔽，傳輸線的輻射得到控制； 鑒于以上原因，在本板的層的排布時，決定采用方案2，即：GND、S1、S2、PGND，由于表層仍有少量短走線，而底層則為完整的地平面，我們在S1布線層鋪銅，保證了表層走線的參考平面；五塊接口濾波板中，出于以上同樣的分析，設計人員決定采用方案2，同樣不失為層的設置經典。 列舉以上特例，就是要告訴大家，要領會層的排布原則，而非機械照搬。 方案3：此方案同方案1類似，適用于主要器件在BOTTOM布局或關鍵信號底層布線的情況；一般情況下，限制使用此方案； *六層板：優選方案3，可用方案1，備用方案2、4對于六層板，優先考慮方案3，優選布線層S2，其次S3、S1。主電源及其對應的地布在4、5層，層厚設置時，增大S2-P之間的間距，縮小P-G2之間的間距（相應縮小G1-S2層之間的間距），以減小電源平面的阻抗，減少電源對S2的影響； 在成本要求較高的時候，可采用方案1，優選布線層S1、S2，其次S3、S4，與方案1相比，方案2保證了電源、地平面相鄰，減少電源阻抗，但S1、S2、S3、S4全部裸露在外，只有S2才有較好的參考平面； 對于局部、少量信號要求較高的場合，方案4比方案3更適合，它能提供極佳的布線層S2。 *八層板：優選方案2、3、可用方案1 對于單電源的情況下，方案2比方案1減少了相鄰布線層，增加了主電源與對應地相鄰，保證了所有信號層與地平面相鄰，代價是：犧牲一布線層；對于雙電源的情況，推薦采用方案3，方案3兼顧了無相鄰布線層、層壓結構對稱、主電源與地相鄰等優點，但S4應減少關鍵布線；方案4：無相鄰布線層、層壓結構對稱，但電源平面阻抗較高；應適當加大3-4、5-6，縮小2-3、6-7之間層間距； 方案5：與方案4相比，保證了電源、地平面相鄰；但S2、S3相鄰，S4以P2作參考平面；對于底層關鍵布線較少以及S2、S3之間的線 間竄擾能控制的情況下此方案可以考慮； *十層板：推薦方案2、3、可用方案1、4 方案3：擴大3-4與7-8各自間距，縮小5-6間距，主電源及其對應地應置于6、7層；優選布線層S2、S3、S4，其次S1、S5；本方案適合信號布線要求相差不大的場合，兼顧了性能、成本；推薦大家使用；但需注意避免S2、S3之間平行、長距離布線； 方案4：EMC效果極佳，但與方案3比，犧牲一布線層；在成本要求不高、EMC指標要求較高、且必須雙電源層的關鍵單板，建議采用此種方案；優選布線層S2、S3,對于單電源層的情況，首先考慮方案2，其次考慮方案1。方案1具有明顯的成本優勢，但相鄰布線過多，平行長線難以控制； *十二層板：推薦方案2、3，可用方案1、4、備用方案5 以上方案中，方案2、4具有極好的EMC性能，方案1、3具有較佳的性價比； 對于14層及以上層數的單板，由于其組合情況的多樣性，這里不再一一列舉。大家可按照以上排布原則，根據實際情況具體分析。 以上層排布作為一般原則，僅供參考，具體設計過程中大家可根據需要的電源層數、布線層數、特殊布線要求信號的數量、比例以及電源、地的分割情況，結合以上排布原則靈活掌握 6層板以后的各個方案在哪? 6層和8層來了 *六層板，優選方案3，可用方案1，備用方案2、4
*八層板：優選方案2、3、可用方案1
EMC問題 地的分割與匯接 接地是抑制電磁干擾、提高電子設備EMC性能的重要手段之一。正確的接地既能提高產品抑制電磁干擾的能力，又能減少產品對外的EMI發射。 接地的含義 電子設備的“地”通常有兩種含義：一種是“大地”（安全地），另一種是“系統基準地”（信號地）。接地就是指在系統與某個電位基準面之間建立低阻的導電通路。“接大地”就是以地球的電位為基準，并以大地作為零電位，把電子設備的金屬外殼、電路基準點與大地相連接。 把接地平面與大地連接，往往是出于以下考慮： A、提高設備電路系統工作的穩定性； B、靜電泄放； C、為工作人員提供安全保障。 接地的目的 A、安全考慮，即保護接地； B、為信號電壓提供一個穩定的零電位參考點（信號地或系統地）； C、屏蔽接地。 基本的接地方式 電子設備中有三種基本的接地 方式：單點接地、多點接地、浮地。 單點接地 單點接地是整個系統中，只有一個物理點被定義為接地參考點，其他各個需要接地的點都連接到這一點上。 單點接地適用于頻率較低的電路中（1MHZ以下）。若系統的工作頻率很高，以致工作波長與系統接地引線的長度可比擬時，單點接地方式就有問題了。當地線的長度接近于1/4波長時，它就象一根終端短路的傳輸線，地線的電流、電壓呈駐波分布，地線變成了輻射天線，而不能起到“地”的作用。 為了減少接地阻抗，避免輻射，地線的長度應小于1/20波長。在電源電路的處理上，一般可以考慮單點接地。對于大量采用的數字電路的PCB，由于其含有豐富的高次諧波，一般不建議采用單點接地方式。 多點接地 多點接地是指設備中各個接地點都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引線的長度最短。 多點接地電路結構簡單，接地線上可能出現的高頻駐波現象顯著減少，適用于工作頻率較高的（>10MHZ）場合。但多點接地可能會導致設備內部形成許多接地環路，從而降低設備對外界電磁場的抵御能力。在多點接地的情況下，要注意地環路問題，尤其是不同的模塊、設備之間組網時。地線回路導致的電磁干擾： 理想地線應是一個零電位、零阻抗的物理實體。但實際的地線本身既有電阻分量又有電抗分量，當有電流通過該地線時，就要產生電壓降。地線會與其他連線（信號、電源線等）構成回路，當時變電磁場耦合到該回路時，就在地回路中產生感應電動勢，并由地回路耦合到負載，構成潛在的EMI威脅。 浮地 浮地是指設備地線系統在電氣上與大地絕緣的一種接地方式。 由于浮地自身的一些弱點，不太適合一般的大系統中，其接地方式很少采用 關于接地方式的一般選取原則： 對于給定的設備或系統，在所關心的最高頻率（對應波長為）入上，當傳輸線的長度L〉入，則視為高頻電路，反之，則視為低頻電路。根據經驗法則，對于低于1MHZ的電路，采用單點接地較好；對于高于10MHZ，則采用多點接地為佳。對于介于兩者之間的頻率而言，只要最長傳輸線的長度L小于/20 入，則可采用單點接地以避免公共阻抗耦合。 對于接地的一般選取原則如下： （1）低頻電路（<1MHZ），建議采用單點接地； （2）高頻電路（>10MHZ），建議采用多點接地； （3）高低頻混合電路，混合接地。 詳情請戳 http://www.sz-jlc.com/s。 |
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