超實(shí)用70個(gè)問(wèn)答的高頻PCB電路設計（二）

　　41、怎樣通過(guò)安排疊層來(lái)減少 EMI 問(wèn)題?

　　首先，EMI 要從系統考慮，單憑 PCB 無(wú)法解決問(wèn)題。層迭對 EMI 來(lái)講，我認為主要是提供信號最短回流路徑，減小耦合面積，抑制差模干擾。另外地層與電源層緊耦合，適當比電源層外延，對抑制共模干擾有好處。

　　42、為何要鋪銅?

　　一般鋪銅有幾個(gè)方面原因。1，EMC.對于大面積的地或電源鋪銅，會(huì )起到屏蔽作用，有些特殊地，如 PGND 起到防護作用。2，PCB 工藝要求。一般為了保證電鍍效果，或者層壓不變形，對于布線(xiàn)較少的PCB 板層鋪銅。3，信號完整性要求，給高頻數字信號一個(gè)完整的回流路徑，并減少直流網(wǎng)絡(luò )的布線(xiàn)。當然還有散熱，特殊器件安裝要求鋪銅等等原因。

　　43、在一個(gè)系統中，包含了dsp和 pld，請問(wèn)布線(xiàn)時(shí)要注意哪些問(wèn)題呢?

　　看你的信號速率和布線(xiàn)長(cháng)度的比值。如果信號在傳輸在線(xiàn)的時(shí)延和信號變化沿時(shí)間可比的話(huà)，就要考慮信號完整性問(wèn)題。另外對于多個(gè) DSP，時(shí) 鐘，數據 信號走線(xiàn)拓普也會(huì )影響信號質(zhì)量和時(shí)序，需要關(guān)注。

　　44、除 protel 工具布線(xiàn)外，還有其他好的工具嗎?

　　至于工具，除了 PROTEL，還有很多布線(xiàn)工具，如 MENTOR 的 WG2000,EN2000 系列和 powerpcb，Cadence 的 allegro，zuken 的 cadstar,cr5000 等，各有所長(cháng)。

　　45、什么是“信號回流路徑”?

　　信號回流路徑,即 return current。高速數字信號在傳輸時(shí)，信號的流向是從驅動(dòng)器沿 PCB 傳輸線(xiàn)到負載，再由負載沿著(zhù)地或電源通過(guò)最短路徑返回驅動(dòng)器端。這個(gè)在地或電源上的返回信號就稱(chēng)信號回流路徑。Dr.Johson 在他的書(shū)中解釋?zhuān)哳l信號傳輸，實(shí)際上是對傳輸線(xiàn)與直流層之間包夾的介質(zhì)電容充電的過(guò)程。SI 分析的就是這個(gè)圍場(chǎng)的電磁特性，以及他們之間的耦合。

　　46、如何對接插件進(jìn)行SI分析?

　　在 IBIS3.2 規范中，有關(guān)于接插件模型的描述。一般使用 EBD 模型。如果是特殊板，如背板，需要SPICE 模型。也可以使用多板仿真軟件(HYPERLYNX 或 IS_multiboard)，建立多板系統時(shí)，輸入接插件的分布參數，一般從接插件手冊中得到。當然這種方式會(huì )不夠精確，但只要在可接受范圍內即可。

　　47、請問(wèn)端接的方式有哪些?

　　端接(terminal),也稱(chēng)匹配。一般按照匹配位置分有源端匹配和終端匹配。其中源端匹配一般為電阻串聯(lián)匹配，終端匹配一般為并聯(lián)匹配，方式比較多，有電阻上拉，電阻下拉，戴維南匹配，AC 匹配，肖特基二極管匹配。

　　48、采用端接(匹配)的方式是由什么因素決定的?

　　匹配采用方式一般由 BUFFER 特性，拓普情況，電平種類(lèi)和判決方式來(lái)決定，也要考慮信號占空比，系統功耗等。

　　49、采用端接(匹配)的方式有什么規則?

　　數字電路最關(guān)鍵的是時(shí)序問(wèn)題，加匹配的目的是改善信號質(zhì)量，在判決時(shí)刻得到可以確定的信號。對于電平有效信號，在保證建立、保持時(shí)間的前提下，信號質(zhì)量穩定;對延有效信號，在保證信號延單調性前提下，信號變化延速度滿(mǎn)足要求。Mentor ICX 產(chǎn)品教材中有關(guān)于匹配的一些資料。另外《High Speed Digital design a hand book of blackmagic》有一章專(zhuān)門(mén)對 terminal 的講述，從電磁波原理上講述匹配對信號完整性的作用，可供參考。

　　50、能否利用器件的 IBIS 模型對器件的邏輯功能進(jìn)行仿真?如果不能，那么如何進(jìn)行電路的板級和系統級仿真?

　　IBIS 模型是行為級模型，不能用于功能仿真。功能仿真，需要用 SPICE 模型，或者其他結構級模型。

　　51、在數字和模擬并存的系統中，有 2 種處理方法，一個(gè)是數字地和模擬地分開(kāi)，比如在地層，數字地是獨立地一塊，模擬地獨立一塊，單點(diǎn)用銅皮或 FB 磁珠連接，而電源不分開(kāi);另一種是模擬電源和數字電源分開(kāi)用 FB 連接，而地是統一地地。請問(wèn)李先生，這兩種方法效果是否一樣?

　　應該說(shuō)從原理上講是一樣的。因為電源和地對高頻信號是等效的。

　　區分模擬和數字部分的目的是為了抗干擾，主要是數字電路對模擬電路的干擾。但是，分割可能造成信號回流路徑不完整，影響數字信號的信號質(zhì)量，影響系統 EMC 質(zhì)量。因此，無(wú)論分割哪個(gè)平面，要看這樣作，信號回流路徑是否被增大，回流信號對正常工作信號干擾有多大?，F在也有一些混合設計，不分電源和地，在布局時(shí)，按照數字部分、模擬部分分開(kāi)布局布線(xiàn)，避免出現跨區信號。

　　52、安規問(wèn)題：FCC、EMC 的具體含義是什么?

　　FCC: federal communication commission 美國通信委員會(huì )

　　EMC: electro megnetic compatibility 電磁兼容

　　FCC 是個(gè)標準組織，EMC 是一個(gè)標準。標準頒布都有相應的原因，標準和測試方法。

　　53、何謂差分布線(xiàn)?

　　差分信號，有些也稱(chēng)差動(dòng)信號，用兩根完全一樣，極性相反的信號傳輸一路數據，依靠?jì)筛盘栯娖讲钸M(jìn)行判決。為了保證兩根信號完全一致，在布線(xiàn)時(shí)要保持并行，線(xiàn)寬、線(xiàn)間距保持不變。

　　54、PCB 仿真軟件有哪些?

　　仿 真 的種類(lèi)很多， 高 速 數 字電 路 信 號 完 整 性 分 析 仿 真 分析(SI) 常 用 軟 件有icx,signalvision,hyperlynx,XTK,speectraquest 等。有些也用 Hspice。

　　55、PCB 仿真軟件是如何進(jìn)行 LAYOUT 仿真的?

　　高速數字電路中，為了提高信號質(zhì)量，降低布線(xiàn)難度，一般采用多層板，分配專(zhuān)門(mén)的電源層，地層。

　　56、在布局、布線(xiàn)中如何處理才能保證 50M 以上信號的穩定性?

　　高速數字信號布線(xiàn)，關(guān)鍵是減小傳輸線(xiàn)對信號質(zhì)量的影響。因此，100M 以上的高速信號布局時(shí)要求信號走線(xiàn)盡量短。數字電路中，高速信號是用信號上升延時(shí)間來(lái)界定的。而 且 ，不 同種類(lèi)的信號(如 TTL,GTL,LVTTL)，確保信號質(zhì)量的方法不一樣。

　　57、室外單元的射頻部分，中頻部分，乃至對室外單元進(jìn)行監控的低頻電路部分往往采用部署在同一 PCB 上，請問(wèn)對這樣的 PCB 在材質(zhì)上有何要求?如何防止射頻，中頻乃至低頻電路互相之間的干擾?

　　混合電路設計是一個(gè)很大的問(wèn)題。很難有一個(gè)完美的解決方案。

　　一般射頻電路在系統中都作為一個(gè)獨立的單板進(jìn)行布局布線(xiàn)，甚至會(huì )有專(zhuān)門(mén)的屏蔽腔體。而且射頻電路一般為單面或雙面板，電路較為簡(jiǎn)單，所有這些都是為了減少對射頻電路分布參數的影響，提高射頻系統的一致性。相對于一般的 FR4 材質(zhì)，射頻電路板傾向與采用高Q值的基材，這種材料的介電常數比較小，傳輸線(xiàn)分布電容較小，阻抗高，信號傳輸時(shí)延小。在混合電路設計中，雖然射頻，數字電路做在同一塊 PCB 上，但一般都分成射頻電路區和數字電路區，分別布局布線(xiàn)。之間用接地過(guò)孔帶和屏蔽盒屏蔽。

　　58、對于射頻部分，中頻部分和低頻電路部分部署在同一 PCB 上，mentor 有什么解決方案?

　　Mentor 的板級系統設計軟件，除了基本的電路設計功能外，還有專(zhuān)門(mén)的 RF 設計模塊。在RF原理圖設計模塊中，提供參數化的器件模型，并且提供和 EESOFT 等射頻電路分析仿真工具的雙向接口;在 RF LAYOUT 模塊中，提供專(zhuān)門(mén)用于射頻電路布局布線(xiàn)的圖案編輯功能，也有和 EESOFT 等射頻電路分析仿真工具的雙向接口，對于分析仿真后的結果可以反標回原理圖和 PCB。同時(shí)，利用 Mentor 軟件的設計管理功能，可以方便的實(shí)現設計復用，設計派生，和協(xié)同設計。大大加速混合電路設計進(jìn)程。手機板是典型的混合電路設計，很多大型手機設計制造商都利用 Mentor 加安杰倫的 eesoft 作為設計平臺。

　　59、Mentor 的產(chǎn)品結構如何?

　　Mentor Graphics 的 PCB 工具有 WG(原 veribest)系列和 Enterprise(boardstation)系列。

　　60、Mentor 的 PCB 設計軟件對 BGA、PGA、COB 等封裝是如何支持的?

　　Mentor 的 autoactive RE 由收購得來(lái)的 veribest 發(fā)展而來(lái)，是業(yè)界第一個(gè)無(wú)網(wǎng)格，任意角度布線(xiàn)器。眾所周知，對于球柵數組，COB 器件，無(wú)網(wǎng)格，任意角度布線(xiàn)器是解決布通率的關(guān)鍵。在最新的autoactive RE 中，新增添了推擠過(guò)孔，銅箔，REROUTE 等功能，使它應用更方便。另外，他支持高速布線(xiàn)，包括有時(shí)延要求信號布線(xiàn)和差分對布線(xiàn)。

　　61、Mentor 的 PCB 設計軟件對差分線(xiàn)隊的處理又如何?

　　Mentor 軟件在定義好差分對屬性后，兩根差分對可以一起走線(xiàn)，嚴格保證差分對線(xiàn)寬，間距和長(cháng)度差，遇到障礙可以自動(dòng)分開(kāi)，在換層時(shí)可以選擇過(guò)孔方式。

　　62、在一塊 12 層 PCb 板上，有三個(gè)電源層 2.2v，3.3v,5v，將三個(gè)電源各作在一層，地線(xiàn)該如何處理?

　　一般說(shuō)來(lái)，三個(gè)電源分別做在三層，對信號質(zhì)量比較好。因為不大可能出現信號跨平面層分割現象?？绶指钍怯绊懶盘栙|(zhì)量很關(guān)鍵的一個(gè)因素，而仿真軟件一般都忽略了它。對于電源層和地層，對高頻信號來(lái)說(shuō)都是等效的。在實(shí) 際 中，除了考慮信號質(zhì)量外，電 源 平 面 耦 合 ( 利 用相鄰地平面降低電源平面交流阻抗)，層迭對稱(chēng)，都是需要考慮的因素。

　　63、PCB 在出廠(chǎng)時(shí)如何檢查是否達到了設計工藝要求?

　　很多 PCB 廠(chǎng)家在 PCB 加工完成出廠(chǎng)前，都要經(jīng)過(guò)加電的網(wǎng)絡(luò )通斷測試，以確保所有聯(lián)線(xiàn)正確。同時(shí)，越來(lái)越多的廠(chǎng)家也采用 x 光測試，檢查蝕刻或層壓時(shí)的一些故障。對于貼片加工后的成品板，一般采用 ICT測試檢查，這需要在 PCB 設計時(shí)添加 ICT 測試點(diǎn)。如果出現問(wèn)題，也可以通過(guò)一種特殊的 X 光檢查設備排除是否加工原因造成故障。

　　64、“機構的防護”是不是機殼的防護?

　　是的。機殼要盡量嚴密，少用或不用導電材料，盡可能接地。

　　65、在芯片選擇的時(shí)候是否也需要考慮芯片本身的 esd 問(wèn)題?

　　不論是雙層板還是多層板，都應盡量增大地的面積。在選擇芯片時(shí)要考慮芯片本身的 ESD 特性，這些在芯片說(shuō)明中一般都有提到，而且即使不同廠(chǎng)家的同一種芯片性能也會(huì )有所不同。設計時(shí)多加注意，考慮的全面一點(diǎn)，做出電路板的性能也會(huì )得到一定的保證。但 ESD 的問(wèn)題仍然可能出現，因此機構的防護對ESD 的防護也是相當重要的。

　　66、在做 pcb 板的時(shí)候，為了減小干擾，地線(xiàn)是否應該構成閉和形式?

　　在做 PCB 板的時(shí)候，一般來(lái)講都要減小回路面積，以便減少干擾，布地線(xiàn)的時(shí)候，也不應布成閉合形式，而是布成樹(shù)枝狀較好，還有就是要盡可能增大地的面積。

　　67、如果仿真器用一個(gè)電源，pcb 板用一個(gè)電源，這兩個(gè)電源的地是否應該連在一起?

　　如果可以采用分離電源當然較好，因為如此電源間不易產(chǎn)生干擾，但大部分設備是有具體要求的。既然仿真器和 PCB 板用的是兩個(gè)電源，按我的想法是不該將其共地的。

　　68、一個(gè)電路由幾塊 pcb 板構成，他們是否應該共地?

　　一個(gè)電路由幾塊 PCB 構成，多半是要求共地的，因為在一個(gè)電路中用幾個(gè)電源畢竟是不太實(shí)際的。但如果你有具體的條件，可以用不同電源當然干擾會(huì )小些。

　　69、設計一個(gè)手持產(chǎn)品，帶 LCD，外殼為金屬。測試 ESD 時(shí)，無(wú)法通過(guò) ICE-1000-4-2 的測試，CONTACT 只能通過(guò) 1100V，AIR 可以通過(guò) 6000V。ESD 耦合測試時(shí)，水平只能可以通過(guò) 3000V，垂直可以通過(guò) 4000V 測試。CPU 主頻為 33MHZ。有什么方法可以通過(guò) ESD 測試?

　　手持產(chǎn)品又是金屬外殼，ESD 的問(wèn)題一定比較明顯，LCD 也恐怕會(huì )出現較多的不良現象。如果沒(méi)辦法改變現有的金屬材質(zhì)，則建議在機構內部加上防電材料，加強 PCB 的地，同時(shí)想辦法讓 LCD 接地。當然，如何操作要看具體情況。

　　70、設計一個(gè)含有 DSP，PLD 的系統，該從那些方面考慮 ESD?

　　就一般的系統來(lái)講，主要應考慮人體直接接觸的部分，在電路上以及機構上進(jìn)行適當的保護。至于ESD 會(huì )對系統造成多大的影響，那還要依不同情況而定。干燥的環(huán)境下，ESD 現象會(huì )比較嚴重，較敏感精細的系統，ESD 的影響也會(huì )相對明顯。雖然大的系統有時(shí) ESD 影響并不明顯，但設計時(shí)還是要多加注意，盡量防患于未然。