和兆豐實(shí)業(yè)
前方高能,13個(gè)問答幫你理清PCB設(shè)計(jì)的要點(diǎn)
發(fā)表時(shí)間:2022-04-21
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)性及成本之間取得平衡點(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)高速的PCB板(大于1GHz的頻率)時(shí)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,可能就不適用。就電氣而言,要注意介電常數(shù)(dielectric constant)和介質(zhì)損耗在所設(shè)計(jì)的頻率是否適用。 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)??捎美蟾咚傩盘?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)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)源的輸出阻抗(output impedance),走線的特性阻抗,負(fù)載端的特性,走線的拓?fù)?topology)等。解決的方式是端接(termination)與調(diào)整走線的拓?fù)洹?/p> 4、差分布線方式是如何實(shí)現(xiàn)的? 差分對(duì)的布線有兩點(diǎn)要注意,一是兩條線的長度要盡量一樣長,另一是兩線的間距(此間距由差分阻抗決定)保持不變,也就是要保持平行;當(dāng)兩者無法同時(shí)滿座時(shí),優(yōu)先滿足等長。 平行的方式有兩種,一為兩條線走在同一走線層(side-by-side),一為兩條線走在上下相鄰兩層(over-under)。一般以前者side-by-side實(shí)現(xiàn)的方式較多。 5、接收端差分對(duì)之間可否加一匹配電阻? 接收端差分對(duì)間的匹配電阻通常會(huì)加, 其值應(yīng)等于差分阻抗的值。這樣信號(hào)質(zhì)量會(huì)好些。 6、為何差分對(duì)的布線要靠近且平行? 對(duì)差分對(duì)的布線方式應(yīng)該要適當(dāng)?shù)目拷移叫?,所謂適當(dāng)?shù)目拷且驗(yàn)殚g距會(huì)影響到差分阻抗(differential impedance), 差分阻抗是設(shè)計(jì)差分對(duì)的重要參數(shù),需要平行也是因?yàn)橐3植罘肿杩沟倪B續(xù)性,若兩線忽遠(yuǎn)忽近, 差分阻抗就會(huì)不連續(xù), 就會(huì)影響信號(hào)完整性(signal integrity)及時(shí)間延遲(timing delay)。 7、如何處理實(shí)際布線中的一些理論沖突的問題? (1)基本上, 將模/數(shù)地分割隔離是對(duì)的。要注意的是信號(hào)走線盡量不要跨分割, (2)晶振要有穩(wěn)定的振蕩信號(hào), 一定要將晶振和芯片盡可能靠近,間距較遠(yuǎn)容易引入干擾。 8、關(guān)于test coupon test coupon是用TDR (Time Domain Reflectometer) 測量所生產(chǎn)的PCB板的特性阻抗是否滿足設(shè)計(jì)需求,一般要控制的阻抗有單端線和差分對(duì)兩種情況。所以, test coupon上的走線線寬和線距(有差分對(duì)時(shí))要與所要控制的線一樣,最重要的是測量時(shí)接地點(diǎn)的位置,為了減少接地引線(ground lead)的電感值,TDR探棒(probe)接地的地方通常非常接近測量信號(hào)的地方(probe tip), 所以,test coupon上測量信號(hào)的點(diǎn)跟接地點(diǎn)的距離和方式要符合所用的探棒。 9、在高速PCB設(shè)計(jì)中,信號(hào)層的空白區(qū)域可以敷銅,而多個(gè)信號(hào)層的敷銅在接地和接電源上應(yīng)如何分配? 一般在空白區(qū)域的敷銅絕大部分情況是接地,只是在高速信號(hào)線旁敷銅時(shí)要注意敷銅與信號(hào)線的距離,因?yàn)樗蟮你~會(huì)降低走線的特性阻抗,也要注意不要影響到其它層的走線的特性阻抗。 10、電源平面上的信號(hào)線是否可以使用微帶線模型計(jì)算特性阻抗? 電源和地平面之間的信號(hào)是否可以使用帶狀線模型計(jì)算?是的, 在計(jì)算特性阻抗時(shí)電源平面跟地平面都可以視為參考平面。例如四層板: 頂層-電源層-地層-底層, 這時(shí)頂層走線特性阻抗的模型是以電源平面為參考平面的微帶線模型。 11、在高密度印制板上通過軟件自動(dòng)產(chǎn)生測試點(diǎn)一般情況下能滿足大批量生產(chǎn)的測試要求嗎? 一般軟件自動(dòng)產(chǎn)生的測試點(diǎn)是否滿足測試需求必須看加測試點(diǎn)的規(guī)范是否符合測試機(jī)具的要求,另外,如果走線太密且加測試點(diǎn)的規(guī)范比較嚴(yán),則有可能沒辦法自動(dòng)對(duì)每段線都加測試點(diǎn),此時(shí)需要手動(dòng)補(bǔ)齊所要的測試點(diǎn)。 12、添加測試點(diǎn)會(huì)不會(huì)影響高速信號(hào)的質(zhì)量? 至于會(huì)不會(huì)影響信號(hào)質(zhì)量就要看加測試點(diǎn)的方式和信號(hào)速度,基本上外加的測試點(diǎn)例如過孔(via or DIP pin)可能加在線上或是從線上拉一小段線出來。前者相當(dāng)于是加上一個(gè)很小的電容在線上,后者則是多了一段分支,這兩個(gè)情況都會(huì)對(duì)高速信號(hào)有些影響,影響的程度就跟信號(hào)的速度和信號(hào)邊沿變化率(edge rate)有關(guān)。影響大小可通過仿真得知,原則上測試點(diǎn)越小越好(當(dāng)然還要滿足測試機(jī)具的要求)分支越短越好。 13、若干PCB組成系統(tǒng),各板之間的地線應(yīng)如何連接? 各個(gè)PCB板子之間的信號(hào)或電源在動(dòng)作時(shí),例如A板有電源或信號(hào)送到B板,一定會(huì)有等量的電流在地平面從B板流回到A板 (此為Kirchoff current law),返回電流會(huì)找阻抗最小的回流路徑。所以,在各個(gè)不管是電源或信號(hào)相互連接的接口處,分配給地的管腳數(shù)不能太少,以降低阻抗,這樣可以降低地層上的噪聲。另外,也可以分析整個(gè)電流環(huán)路,尤其是電流較大的部分,調(diào)整地線的接法,來控制電流的路徑(例如,在某處制造低阻抗,讓大部分的電流從這個(gè)地方走),降低對(duì)其它較敏感信號(hào)的影響。