PCB的設計基礎介紹

71、PCB 設計中，如何避免串擾?

變化的信號(例如階躍信號)沿傳輸線(xiàn)由 A 到 B 傳播，傳輸線(xiàn) C-D 上會(huì )產(chǎn)生耦合信號，變化的信號一旦結束也就是信號恢復到穩定的直流電平時(shí)，耦合信號也就不存在了，因此串擾僅發(fā)生在信號跳變的過(guò)程當中，并且信號沿的變化(轉換率)越快，產(chǎn)生的串擾也就越大?？臻g中耦合的電磁場(chǎng)可以提取為無(wú)數耦合電容和耦合電感的集合，其中由耦合電容產(chǎn)生的串擾信號在受害網(wǎng)絡(luò )上可以分成前向串擾和反向串擾Sc，這個(gè)兩個(gè)信號極性相同;由耦合電感產(chǎn)生的串擾信號也分成前向串擾和反向串擾 SL，這兩個(gè)信號極性相反。耦合電感電容產(chǎn)生的前向串擾和反向串擾同時(shí)存在，并且大小幾乎相等，這樣，在受害網(wǎng)絡(luò )上的前向串擾信號由于極性相反，相互抵消，反向串擾極性相同，迭加增強。串擾分析的模式通常包括默認模式，三態(tài)模式和最壞情況模式分析。默認模式類(lèi)似我們實(shí)際對串擾測試的方式，即侵害網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)器由翻轉信號驅動(dòng)，受害網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)器保持初始狀態(tài)(高電平或低電平)，然后計算串擾值。這種方式對于單向信號的串擾分析比較有效。三態(tài)模式是指侵害網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)器由翻轉信號驅動(dòng)，受害的網(wǎng)絡(luò )的三態(tài)終端置為高阻狀態(tài)，來(lái)檢測串擾大小。這種方式對雙向或復雜拓樸網(wǎng)絡(luò )比較有效。最壞情況分析是指將受害網(wǎng)絡(luò )的驅動(dòng)器保持初始狀態(tài)，仿真器計算所有默認侵害網(wǎng)絡(luò )對每一個(gè)受害網(wǎng)絡(luò )的串擾的總和。這種方式一般只對個(gè)別關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行分析，因為要計算的組合太多，仿真速度比較慢。

72、導帶，即微帶線(xiàn)的地平面的鋪銅面積有規定嗎?

對于微波電路設計，地平面的面積對傳輸線(xiàn)的參數有影響。具體算法比較復雜(請參閱安杰倫的EESOFT 有關(guān)資料)。而一般 PCB 數字電路的傳輸線(xiàn)仿真計算而言，地平面面積對傳輸線(xiàn)參數沒(méi)有影響，或者說(shuō)忽略影響。

73、在 EMC 測試中發(fā)現時(shí)鐘信號的諧波超標十分嚴重，只是在電源引腳上連接去耦電容。在PCB 設計中需要注意哪些方面以抑止電磁輻射呢?

EMC 的三要素為輻射源，傳播途徑和受害體。傳播途徑分為空間輻射傳播和電纜傳導。所以要抑制諧波，首先看看它傳播的途徑。電源去耦是解決傳導方式傳播，此外，必要的匹配和屏蔽也是需要的。

74、采用 4 層板設計的產(chǎn)品中，為什么有些是雙面鋪地的，有些不是?

鋪地的作用有幾個(gè)方面的考慮：1，屏蔽;2，散熱;3，加固;4，PCB 工藝加工需要。所以不管幾層板鋪地，首先要看它的主要原因。 這里我們主要討論高速問(wèn)題，所 以 主 要 說(shuō)屏蔽作用。表面鋪地對 EMC有好處，但是鋪銅要盡量完整，避免出現孤島。一般如果表層器件布線(xiàn)較多， 很難保證銅箔完整，還會(huì )帶來(lái)內層信號跨分割問(wèn)題。所以建議表層器件或走線(xiàn)多的板子，不鋪銅。

75、對于一組總線(xiàn)(地址，數據，命令)驅動(dòng)多個(gè)(多達 4，5 個(gè))設備(FLASH,SDRAM,其他外設...)的情況，在 PCB 布線(xiàn)時(shí)，采用那種方式?

布線(xiàn)拓撲對信號完整性的影響，主要反映在各個(gè)節點(diǎn)上信號到達時(shí)刻不一致，反射信號同樣到達某節點(diǎn)的時(shí)刻不一致，所以造成信號質(zhì)量惡化。一般來(lái)講，星型拓撲結構，可以通過(guò)控制同樣長(cháng)的幾個(gè) stub，使信號傳輸和反射時(shí)延一致，達到比較好的信號質(zhì)量。 在使用拓撲之間，要考慮到信號拓撲節點(diǎn)情況、實(shí)際工作原理和布線(xiàn)難度。不同的 buffer，對于信號的反射影響也不一致，所以星型拓撲并不能很好解決上述數據地址總線(xiàn)連接到 flash 和 sdram 的時(shí)延，進(jìn)而無(wú)法確保信號的質(zhì)量;另一方面，高速的信號一般在dsp 和 sdram 之間通信，flash 加載時(shí)的速率并不高，所以在高速仿真時(shí)只要確保實(shí)際高速信號有效工作的節點(diǎn)處的波形，而無(wú)需關(guān)注 flash 處波形;星型拓撲比較菊花鏈等拓撲來(lái)講，布線(xiàn)難度較大，尤其大量數據地址信號都采用星型拓撲時(shí)。附圖是使用Hyperlynx 仿真數據信號在DDR——DSP——FLASH 拓撲連接，和 DDR——FLASH——DSP 連接時(shí)在 150MHz 時(shí)的仿真波形。 可以看到，第二種情形，DSP 處信號質(zhì)量更好，而 FLASH 處波形較差，而實(shí)際工作信號時(shí) DSP 和 DDR 處的波形。

76、頻率 30M 以上的 PCB，布線(xiàn)時(shí)使用自動(dòng)布線(xiàn)還是手動(dòng)布線(xiàn);布線(xiàn)的軟件功能都一樣嗎?

是否高速信號是依據信號上升沿而不是絕對頻率或速度。自動(dòng)或手動(dòng)布線(xiàn)要看軟件布線(xiàn)功能的支持，有些布線(xiàn)手工可能會(huì )優(yōu)于自動(dòng)布線(xiàn)，但有些布線(xiàn)，例如查分布線(xiàn)，總線(xiàn)時(shí)延補償布線(xiàn)，自動(dòng)布線(xiàn)的效果和效率會(huì )遠高于手工布線(xiàn)。一般 PCB 基材主要由樹(shù)脂和玻璃絲布混合構成，由于比例不同，介電常數和厚度都不同。一般樹(shù)脂含量高的，介電常數越小，可以更薄。具體參數，可以向 PCB 生產(chǎn)廠(chǎng)家咨詢(xún)。另外，隨著(zhù)新工藝出現，還有一些特殊材質(zhì)的 PCB 板提供給諸如超厚背板或低損耗射頻板需要。

77、在 PCB 設計中，通常將地線(xiàn)又分為保護地和信號地;電源地又分為數字地和模擬地，為什么要對地線(xiàn)進(jìn)行劃分?

劃分地的目的主要是出于 EMC 的考慮，擔心數字部分電源和地上的噪聲會(huì )對其他信號，特別是模擬信號通過(guò)傳導途徑有干擾。至于信號的和保護地的劃分，是因為 EMC 中 ESD 靜放電的考慮，類(lèi)似于我們生活中避雷針接地的作用。無(wú)論怎樣分，最終的大地只有一個(gè)。只是噪聲瀉放途徑不同而已。

78、在布時(shí)鐘時(shí)，有必要兩邊加地線(xiàn)屏蔽嗎?

是否加屏蔽地線(xiàn)要根據板上的串擾/EMI 情況來(lái)決定，而且如對屏蔽地線(xiàn)的處理不好，有可能反而會(huì )使情況更糟。

79、布不同頻率的時(shí)鐘線(xiàn)時(shí)有什么相應的對策?

對時(shí)鐘線(xiàn)的布線(xiàn)，最好是進(jìn)行信號完整性分析，制定相應的布線(xiàn)規則，并根據這些規則來(lái)進(jìn)行布線(xiàn)。

80、PCB 單層板手工布線(xiàn)時(shí)，是放在頂層還是底層?

如果是頂層放器件，底層布線(xiàn)。

81、PCB 單層板手工布線(xiàn)時(shí)，跳線(xiàn)要如何表示?

跳線(xiàn)是 PCB 設計中特別的器件，只有兩個(gè)焊盤(pán)，距離可以定長(cháng)的，也可以是可變長(cháng)度的。手工布線(xiàn)時(shí)可根據需要添加。板上會(huì )有直聯(lián)機表示，料單中也會(huì )出現。

82、假設一片 4 層板,中間兩層是 VCC 和 GND，走線(xiàn)從 top 到 bottom，從 BOTTOM SIDE 流到TOP SIDE 的回流路徑是經(jīng)這個(gè)信號的 VIA 還是 POWER?

過(guò)孔上信號的回流路徑現在還沒(méi)有一個(gè)明確的說(shuō)法，一般認為回流信號會(huì )從周?chē)罱慕拥鼗蚪与娫吹倪^(guò)孔處回流。一般 EDA 工具在仿真時(shí)都把過(guò)孔當作一個(gè)固定集總參數的 RLC 網(wǎng)絡(luò )處理，事實(shí)上是取一個(gè)最壞情況的估計。

83、“進(jìn)行信號完整性分析，制定相應的布線(xiàn)規則，并根據這些規則來(lái)進(jìn)行布線(xiàn)”，此句如何理解?

前仿真分析，可以得到一系列實(shí)現信號完整性的布局、布線(xiàn)策略。通常這些策略會(huì )轉化成一些物理規則，約束 PCB 的布局和布線(xiàn)。通常的規則有拓撲規則，長(cháng)度規則，阻抗規則，并行間距和并行長(cháng)度規則等等。PCB 工具可以在這些約束下，完成布線(xiàn)。當然，完成的效果如何，還需要經(jīng)過(guò)后仿真驗證才知道。此外，Mentor 提供的 ICX 支持互聯(lián)綜合，一邊布線(xiàn)，一邊仿真，實(shí)現一次通過(guò)。

84、怎樣選擇 PCB 的軟件?

選擇 PCB 的軟件，根據自己的需求。市面提供的高級軟件很多，關(guān)鍵看看是否適合您設計能力，設計規模和設計約束的要求。刀快了好上手，太快會(huì )傷手。找個(gè) EDA 廠(chǎng)商，請過(guò)去做個(gè)產(chǎn)品介紹，大家坐下來(lái)聊聊，不管買(mǎi)不買(mǎi)，都會(huì )有收獲。

85、關(guān)于碎銅、浮銅的概念該怎么理解呢?

從 PCB 加工角度，一般將面積小于某個(gè)單位面積的銅箔叫碎銅，這些太小面積的銅箔會(huì )在加工時(shí)，由于蝕刻誤差導致問(wèn)題。從電氣角度來(lái)講，將沒(méi)有合任何直流網(wǎng)絡(luò )連結的銅箔叫浮銅，浮銅會(huì )由于周?chē)盘栍绊?，產(chǎn)生天線(xiàn)效應。浮銅可能會(huì )是碎銅，也可能是大面積的銅箔。

86、近端串擾和遠程串擾與信號的頻率和信號的上升時(shí)間是否有關(guān)系?是否會(huì )隨著(zhù)它們變化而變化?如果有關(guān)系，能否有公式說(shuō)明它們之間的關(guān)系?

應該說(shuō)侵害網(wǎng)絡(luò )對受害網(wǎng)絡(luò )造成的串擾與信號變化沿有關(guān)，變化越快，引起的串擾越大，(V=L*di/dt)。串擾對受害網(wǎng)絡(luò )上數字信號的判決影響則與信號頻率有關(guān)，頻率越快，影響越大。

87、在 PROTEL 中如何畫(huà)綁定 IC?

具體講，在 PCB 中使用機械層畫(huà)邦定圖，IC 襯底襯根據 IC SPEC.決定接 vccgndfloat，用機械層 print bonding drawing 即可。

88、用 PROTEL 繪制原理圖，制板時(shí)產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò )表始終有錯，無(wú)法自動(dòng)產(chǎn)生 PCB 板，原因是什么?

可以根據原理圖對生成的網(wǎng)絡(luò )表進(jìn)行手工編輯, 檢查通過(guò)后即可自動(dòng)布線(xiàn)。用 制 板 軟件自動(dòng)布局和布線(xiàn)的板面都不十分理想。網(wǎng)絡(luò )表錯誤可能是沒(méi)有指定原理圖中組件封裝;也可能是布電路板的庫中沒(méi)有包含指定原理圖中全部組件封裝。如果是單面板就不要用自動(dòng)布線(xiàn)，雙面板就可以用自動(dòng)布線(xiàn)。也可以對電源和重要的信號線(xiàn)手動(dòng)，其他的自動(dòng)。

89、PCB 與 PCB 的連接，通?？拷硬邋兘鸹蜚y的“手指”實(shí)現，如果“手指”與插座間接觸不良怎么辦?

如果是清潔問(wèn)題，可用專(zhuān)用的電器觸點(diǎn)清潔劑清洗，或用寫(xiě)字用的橡皮擦清潔 PCB。還要考慮 1、金手指是否太薄，焊盤(pán)是否和插座不吻合;2、插座是否進(jìn)了松香水或雜質(zhì);3、插座的質(zhì)量是否可靠。

90、如何用 powerPCB 設定 4 層板的層?

可以將層定義設為 1:no plane+ component(top route) 2:cam plane 或 split/mixed (GND) 3:cam plane 或split/mixed (power) 4:no plane+component(如果單面放組件可以定義為 no plane+route) 注意: cam plane 生成電源和地層是負片,并且不能在該層走線(xiàn),而 split/mixed 生成的是正片,而且該層可以作為電源或地,也可以在該層走線(xiàn)(部推薦在電源層和地層走線(xiàn),因為這樣會(huì )破壞該層的完整性, 可能造成 EMI 的問(wèn)題) 。將電源網(wǎng)絡(luò )(如 3.3V,5V 等)在 2 層的 assign 中由左邊列表添加到右邊列表,這樣就完成了層定義.

91、PCB 中各層的含義是什么?

Mechanical 機械層：定義整個(gè) PCB 板的外觀(guān)，即整個(gè) PCB 板的外形結構。Keepoutlayer 禁止布線(xiàn)層：定義在布電氣特性的銅一側的邊界。也就是說(shuō)先定義了禁止布線(xiàn)層后，在以后的布過(guò)程中，所布的具有電氣特性的線(xiàn)不可以超出禁止布線(xiàn)層的邊界。Topoverlay 頂層絲印層 Bottomoverlay 底層絲印層：定義頂層和底的絲印字符，就是一般在 PCB 板上看到的組件編號和一些字符。 Toppaste 頂層焊盤(pán)層 Bottompaste 底層焊盤(pán)層：指我們可以看到的露在外面的銅鉑。Topsolder 頂層阻焊層 Bottomsolder 底層阻焊層：與 toppaste 和 bottompaste 兩層相反，是要蓋綠油的層。Drillguide 過(guò)孔引導層： Drilldrawing 過(guò)孔鉆孔層： Multiplayer 多層：指 PCB 板的所有層。