1.布局首先,要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大時,印制線條長,阻抗增加,抗噪聲能力下降,成本也增加;過小,則散熱不好,且鄰近線條易受干擾。在確定PCB尺寸后.再確定特殊元件的位置。最后,根據電路的功能單元,對電路的全部元器件進行布局。在確定特殊元件的位置時要遵守以下原則:(1)盡可能縮短高頻元器件之間的連線,設法減少它們的分布參數和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近,輸入和輸出元件應盡量遠離。(2)某些元器件或導線之間可能有較高的電位差,應加大它們之間的距離,以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應盡量布置在調試時手不易觸及的地方。(3)應留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。根據電路的功能單元.對電路的全部元器件進行布局時,要符合以下原則:(1)按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置,使布局便于信號流通,并使信號盡可能保持一致的方向。(2)以每個功能電路的核心元件為中心,圍繞它來進行布局。元器件應均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上.盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。(3)在高頻下工作的電路,要考慮元器件之間的分布參數。一般電路應盡可能使元器件平行排列。這樣,不但美觀.而且裝焊容易.易于批量生產。(4)位于電路板邊緣的元器件,離電路板邊緣一般不小于2mm。電路板的最佳形狀為矩形。
Via hole導通孔起線路互相連結導通的作用,電子行業(yè)的發(fā)展,同時也促進PCB的發(fā)展,也對印制板制作工藝和表面貼裝技術提出更高要求。Via hole塞孔工藝應運而生,同時應滿足下列要求:(一)導通孔內有銅即可,阻焊可塞可不塞;(二)導通孔內必須有錫鉛,有一定的厚度要求(4微米),不得有阻焊油墨入孔,造成孔內藏錫珠;(三)導通孔必須有阻焊油墨塞孔,不透光,不得有錫圈,錫珠以及平整等要求。隨著電子產品向“輕、薄、短、小”方向發(fā)展,PCB也向高密度、高難度發(fā)展,因此出現大量SMT、BGA的PCB,而客戶在貼裝元器件時要求塞孔,主要有五個作用:(一)防止PCB過波峰焊時錫從導通孔貫穿元件面造成短路;特別是我們把過孔放在BGA焊盤上時,就必須先做塞孔,再鍍金處理,便于BGA的焊接。(二)避免助焊劑殘留在導通孔內;(三)電子廠表面貼裝以及元件裝配完成后PCB在測試機上要吸真空形成負壓才完成:(四)防止表面錫膏流入孔內造成虛焊,影響貼裝;
通訊與計算機技術的高速發(fā)展使得高速PCB設計進入了千兆位領域,新的高速器件應用使得如此高的速率在背板和單板上的長距離傳輸成為可能,但與此同時,PCB設計中的信號完整性問題(SI)、電源完整性以及電磁兼容方面的問題也更加突出。信號完整性是指信號在信號線上傳輸的質量,主要問題包括反射、振蕩、時序、地彈和串擾等。信號完整性差不是由某個單一因素導致,而是板級設計中多種因素共同引起。在千兆位設備的PCB板設計中,一個好的信號完整性設計要求工程師全面考慮器件、傳輸線互聯方案、電源分配以及EMC方面的問題。高速PCB設計EDA工具已經從單純的仿真驗證發(fā)展到設計和驗證相結合,幫助設計者在設計早期設定規(guī)則以避免錯誤而不是在設計后期發(fā)現問題。隨著數據速率越來越高設計越來越復雜,高速PCB系統(tǒng)分析工具變得更加必要,這些工具包括時序分析、信號完整性分析、設計空間參數掃描分析、EMC設計、電源系統(tǒng)穩(wěn)定性分析等。這里我們將著重討論在千兆位設備PCB設計中信號完整性分析應考慮的一些問題。高速器件與器件模型盡管千兆位發(fā)送與接收元器件供應商會提供有關芯片的設計資料,但是器件供應商對于新器件信號完整性的了解也存在一個過程,這樣器件供應商給出的設計指南可能并不成熟,還有就是器件供應商給出的設計約束條件通常都是非??量痰?,對設計工程師來說要滿足所有的設計規(guī)則會非常困難。所以就需要信號完整性工程師運用仿真分析工具對供應商的約束規(guī)則和實際設計進行分析,考察和優(yōu)化元器件選擇、拓撲結構、匹配方案、匹配元器件的值,并最終開發(fā)出確保信號完整性的PCB布局布線規(guī)則。因此,千兆位信號的精確仿真分析變得十分重要,而器件模型在信號完整性分析工作中的作用也越來越得到重視。
一.PCB高頻板的定義高頻板是指電磁頻率較高的特種線路板,用于高頻率(頻率大于300MHZ或者波長小于1米)與微波(頻率大于3GHZ或者波長小于0.1米)領域的PCB,是在微波基材覆銅板上利用普通剛性線路板制造方法的部分工序或者采用特殊處理方法而生產的電路板。一般來說,高頻板可定義為頻率在1GHz以上線路板。隨著科學技術的快速發(fā)展,越來越多的設備設計是在微波頻段(>1GHZ)甚至與毫米波領域(30GHZ)以上的應用,這也意味著頻率越來越高,對線路板的基材的要求也越來越高。比如說基板材料需要具有優(yōu)良的電性能,良好的化學穩(wěn)定性,隨電源信號頻率的增加在基材上的損失要求非常小,所以高頻板材的重要性就凸現出來了。二.PCB高頻板應用領域2.1移動通訊產品2.2功放、低噪聲放大器等2.3功分器、耦和器、雙工器、濾波器等無源器件2.4汽車防碰撞系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)、無線電系統(tǒng)等領域。電子設備高頻化是發(fā)展趨勢。三.高頻板的分類3.1粉末陶瓷填充熱固性材料A、生產廠家:Rogers公司的4350B/4003CArlon公司的25N/25FRTaconic公司的TLG系列B、加工方法:和環(huán)氧樹脂/玻璃編織布(FR4)類似的加工流程,只是板材比較脆,容易斷板,鉆孔和鑼板時鉆咀和鑼刀壽命要減少20%。
重慶開發(fā)FPC軟板從IC芯片的發(fā)展及封裝形式來看,芯片體積越來越小、引腳數越來越多;同時,由于近年來IC工藝的發(fā)展,使得其速度也越來越高。FPC軟板生產廠這就帶來了一個問題,即電子設計的體積減小導致電路的布局布線密度變大,而同時信號的頻率還在提高,從而使得如何處理高速信號問題成為一個設計能否成功的關鍵因素。隨著電子系統(tǒng)中邏輯復雜度和時鐘頻率的迅速提高,信號邊沿不斷變陡,印刷電路板的線跡互連和板層特性對系統(tǒng)電氣性能的影響也越發(fā)重要。對于低頻設計,線跡互連和板層的影響可以不考慮,但當頻率超過50 MHz時,互連關系必須考慮,而在*定系統(tǒng)性能時還必須考慮印刷電路板板材的電參數。因此,高速系統(tǒng)的設計必須面對互連延遲引起的時序問題以及串擾、傳輸線效應等信號完整性(Signal Integrity,SI)問題。當硬件工作頻率增高后,每一根布線網絡上的傳輸線都可能成為發(fā)射天線,對其他電子設備產生電磁輻射或與其他設備相互干擾,從而使硬件時序邏輯產生混亂。電磁兼容性(Electromagnetic Compatibility,EMC)的標準提出了解決硬件實際布線網絡可能產生的電磁輻射干擾以及本身抵抗外部電磁干擾的基本要求。1 高速數字電路設計的幾個基本概念在高速數字電路中,由于串擾、反射、過沖、振蕩、地彈、偏移等信號完整性問題,本來在低速電路中無需考慮的因素在這里就顯得格外重要;另外,隨著現有電氣系統(tǒng)耦合結構越來越復雜,電磁兼容性也變成了一個不能不考慮的問題。要解決高速電路設計的問題,首先需要真正明白高速信號的概念。高速不是就頻率的高低來說的,而是由信號的邊沿速度決定的,一般認為上升時間小于4倍信號傳輸延遲時可視為高速信號。即使在工作頻率不高的系統(tǒng)中,也會出現信號完整性的問題。這是由于隨著集成電路工藝的提高,所用器件I/O端口的信號邊沿比以前更陡更快,因此在工作時鐘不高的情況下也屬于高速器件,隨之帶來了信號完整性的種種問題。
尤其在使用高速數據網絡時,攔截大量信息所需要的時間顯著低于攔截低速數據傳輸所需要的時間。數據雙絞線中的絞合線對在低頻下可以靠自身的絞合來抵抗外來干擾及線對之間的串音,但在高頻情況下(尤其在頻率超過250MHz以上時),僅靠線對絞合已無法達到抗干擾的目的,只有屏蔽才能夠抵抗外界干擾。電纜屏蔽層的作用就像一個法拉第護罩,干擾信號會進入到屏蔽層里,但卻進入不到導體中。因此,數據傳輸可以無故障運行。由于屏蔽電纜比非屏蔽電纜具有較低的輻射散發(fā),因而防止了網絡傳輸被攔截。屏蔽網絡(屏蔽的電纜及元器件)能夠顯著減小進入到周圍環(huán)境中而可能被攔截的電磁能輻射等級。不同干擾場的屏蔽選擇干擾場主要有電磁干擾及射頻干擾兩種。電磁干擾(EMI)主要是低頻干擾,馬達、熒光燈以及電源線是通常的電磁干擾源。射頻干擾(RFI)是指無線頻率干擾,主要是高頻干擾。無線電、電視轉播、雷達及其他無線通訊是通常的射頻干擾源。對于抵抗電磁干擾,選擇編織屏蔽最為有效,因其具有較低的臨界電阻;對于射頻干擾,箔層屏蔽最有效,因編織屏蔽依賴于波長的變化,它所產生的縫隙使得高頻信號可自由進出導體;而對于高低頻混合的干擾場,則要采用具有寬帶覆蓋功能的箔層加編織網的組合屏蔽方式。通常,網狀屏蔽覆蓋率越高,屏蔽效果就越好。