|
印制電路板，又稱印刷電路板，作為電子元器件電氣連接的提供者。它的發(fā)展已有100多年的歷史了；它的設(shè)計主要是版圖設(shè)計；采用電路板的主要優(yōu)點是大大減少布線和裝配的差錯，提高了自動化水平和生產(chǎn)勞動率。 印制電路板的設(shè)計是以電路原理圖為根據(jù)，實現(xiàn)電路設(shè)計者所需要的功能。印刷電路板的設(shè)計主要指版圖設(shè)計，需要考慮外部連接的布局、內(nèi)部電子元件的優(yōu)化布局、金屬連線和通孔的優(yōu)化布局、電磁保護、熱耗散等各種因素。優(yōu)秀的版圖設(shè)計可以節(jié)約生產(chǎn)成本，達到良好的電路性能和散熱性能。簡單的版圖設(shè)計可以用手工實現(xiàn)，復(fù)雜的版圖設(shè)計需要借助計算機輔助設(shè)計（CAD）實現(xiàn)。 本博文聚焦于“印制電路板電磁兼容設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)”，由第九屆電路保護與電磁兼容技術(shù)研討會主辦方我愛方案網(wǎng)所整理，希望能給在印制電路板領(lǐng)域上工作的工程師們有所啟發(fā)。 一、基爾霍夫定律在印制電路板上的作用 從電子信息技術(shù)發(fā)展來看有四個定律，第一個定律是摩爾定律，第二個是貝爾定律，第三個是吉爾定律，第四是梅特卡夫定律。從這四個定律來說揭示了電子信息技術(shù)發(fā)展的規(guī)律性。 在印制電路板中我們遵循這么一個原理，就是所謂的基爾霍夫定律，這是一個正常的電路，紅的是正常回路，綠的是非正常回路，一個非常重要的概念，就是出現(xiàn)串?dāng)_的情況下，這個原因在哪兒呢？因為對于基爾霍夫來說，就是時域信號由源到負載的傳輸都必須構(gòu)成一個回路。頻域信號由源到負載都必須有一個最低阻抗路徑。所以不可避免的出現(xiàn)大量的分布參數(shù)，這個分布參數(shù)，比如說所謂的數(shù)字信號，印制板電路的分布參數(shù)，致使電路在高頻情況下呈現(xiàn)非與其的阻抗特性。 二、印制板上的電磁兼容性特點 下面看一下印制板的電磁兼容特點。這是一個印制板，印制板涉及到數(shù)字芯片和信號，當(dāng)兩個電路進行相互連接的時候，如果出現(xiàn)阻抗不匹配，它一定會構(gòu)成反射，如果電磁輻射的話，這個地方的輻射就會很強。印制板，在這個傳輸線和原來不匹配的情況下，這塊的信號是光滑的，這塊出現(xiàn)了大量的震感，大量的震感就會有大量的高頻成分，它有了分布參數(shù)作用，就會使電路中的非影響的分布參數(shù)影響到信號的正常傳輸，從而導(dǎo)致出現(xiàn)串?dāng)_、輻射等一系列的問題。 三、多層板的電磁兼容性問題 這是四層板，這是S1，S2。對于地的理解，除了地的作用，還有就是信號回見。5伏的電流過來以后，通過S1進行供電，這個是1.2伏的流動，這個是 1.8伏的流動，電源的回遷走的是地層。S1—S2的電源也是在地層上走，所以印制板的地層是電磁兼容設(shè)計的一個非常重要的部分。模擬電容和數(shù)字電容要分開等等，很多問題都出在印制板的地層上。 多層印制板及層間距，正常信號是1層和3層之間的關(guān)系，但是從分布參數(shù)來說，真正的高頻干擾信號是和2層沒有關(guān)系的，但最后也發(fā)生了相互的關(guān)系，所以這種問題也會對印制板有影響。 這是六層板，S1和S2的分布參數(shù)比較小，從而減少S1和S2的耦合。如果在S2層不鋪地，一層是橫向的，二層是縱向的進行90度的布線，這時S1層的信號對于上半?yún)^(qū)的電磁輻射來說，是由S1的信號本身和S1在這個地層上的感應(yīng)電流兩部分疊加構(gòu)成的。這時地層以上區(qū)域的電磁輻射就是由S1的電流和它底下的回路電流共同構(gòu)成的輻射。對S2進行鋪地的話，S1所產(chǎn)生的輻射是由S1以及在S2反方向上距離相等的電流構(gòu)成的回路產(chǎn)生的輻射。從這個角度來看，顯然這個回路的回路面積要小于剛才回路的回路面積，這種情況屬于保持連續(xù)性，會提高印制板的回路面積。 四、如何解決印制板設(shè)計上的電磁兼容性問題 電子元件技術(shù)網(wǎng)認為電子設(shè)備的電磁兼容階段性設(shè)計工作有這么幾點，第一是芯片級，第二是板件級，第三是設(shè)備及，第四是系統(tǒng)級。 印制板設(shè)計的三個關(guān)鍵內(nèi)容，一是信號完整性設(shè)計，二是電源完整性設(shè)計，三是電磁兼容設(shè)計。信號主要是解決串?dāng)_、反射、過沖與下沖、振蕩、信號延遲。電源完整性設(shè)計，地電位波動太大，去耦合電容設(shè)計不合適，多電源或地平面分別不好，地層設(shè)計不合理。電磁兼容設(shè)計，布局、濾波、互連。 五、利用仿真軟件對印制板進行設(shè)計分析 在現(xiàn)在的技術(shù)里面，有大量的分析軟件可以為我們提供必要的工具，比如設(shè)計前分析，設(shè)計PCB電路和設(shè)計后分析，用這些軟件就一定可以進行設(shè)計，是非常好的設(shè)計手段。 但是現(xiàn)在有一個問題，隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，要求設(shè)計者掌握的設(shè)計軟件非常多，但是很多軟件里的大多數(shù)功能是工程師不一定會關(guān)心的。要掌握這個軟件，需要學(xué)大量的知識，需要對很多軟件進行了解。對于相關(guān)的工程師來說，有很大的局限，就是他的知識和能力不一定夠，但是從另外一個角度來說，他又沒必要去了解這么全面。現(xiàn)在的軟件僅僅提供一個仿真的手段，并沒有辦法判斷你的設(shè)計是否是合理有效的。 這是布板/方針軟件關(guān)系集合，有的版本兼容，有的版本不兼容。仿真軟件對于模型的支持，S參數(shù)模型，IBIS參數(shù)模型，SPICE模型。需要去了解相關(guān)的軟件和所謂參數(shù)之間它們到底是什么樣的關(guān)系。 這是仿真過程參數(shù)傳遞的關(guān)系，有了這些以后就可以進行具體的系統(tǒng)集成，比如說通過不同的軟件，可以把一些局部電流提取，還有就是可以提取一些參數(shù)。 |
