PCB設計問(wèn)答集

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)。