在高速設計中，可控阻抗板和線路的特性阻抗問題困擾著許多中國工程師。本文通過簡單而且直觀的方法介紹了特性阻抗的基本性質(zhì)、計算和測量方法。在高速設計中，可控阻抗板和線路的特性阻抗是最重要和最普遍的問題之一。首先了解一下傳輸線的定義：傳輸線由兩個具有一定長度的導體組成，一個導體用來發(fā)送信號，另一個用來接收信號(切記“回路”取代“地”的概念)。在一個多層板中，每一條線路都是傳輸線的組成部分，鄰近的參考平面可作為第二條線路或回路。一條線路成為“性能良好”傳輸線的關(guān)鍵是使它的特性阻抗在整個線路中保持恒定。線路板成為“可控阻抗板”的關(guān)鍵是使所有線路的特性阻抗?jié)M足一個規(guī)定值，通常在25歐姆和70歐姆之間。在多層線路板中，傳輸線性能良好的關(guān)鍵是使它的特性阻抗在整條線路中保持恒定。但是，究竟什么是特性阻抗?理解特性阻抗最簡單的方法是看信號在傳輸中碰到了什么。當沿著一條具有同樣橫截面?zhèn)鬏斁€移動時，這類似圖1所示的微波傳輸。假定把1伏特的電壓階梯波加到這條傳輸線中，如把1伏特的電池連接到傳輸線的前端(它位于發(fā)送線路和回路之間)，一旦連接，這個電壓波信號沿著該線以光速傳播，它的速度通常約為6英寸/納秒。當然，這個信號確實是發(fā)送線路和回路之間的電壓差，它可以從發(fā)送線路的任何一點和回路的相臨點來衡量。圖2是該電壓信號的傳輸示意圖。Zen的方法是先“產(chǎn)生信號”，然后沿著這條傳輸線以6英寸/納秒的速度傳播。第Y個0.01納秒前進了0.06英寸，這時發(fā)送線路有多余的正電荷，而回路有多余的負電荷，正是這兩種電荷差維持著這兩個導體之間的1伏電壓差，而這兩個導體又組成了一個電容器。在下一個0.01納秒中，又要將一段0.06英寸傳輸線的電壓從0調(diào)整到1伏特，這必須加一些正電荷到發(fā)送線路，而加一些負電荷到接收線路。每移動0.06英寸，必須把更多的正電荷加到發(fā)送線路，而把更多的負電荷加到回路。每隔0.01納秒，必須對傳輸線路的另外一段進行充電，然后信號開始沿著這一段傳播。電荷來自傳輸線前端的電池，當沿著這條線移動時，就給傳輸線的連續(xù)部分充電，因而在發(fā)送線路和回路之間形成了1伏特的電壓差。每前進0.01納秒，就從電池中獲得一些電荷(±Q)，恒定的時間間隔(±t)內(nèi)從電池中流出的恒定電量(±Q)就是一種恒定電流。流入回路的負電流實際上與流出的正電流相等，而且正好在信號波的前端，交流電流通過上、下線路組成的電容，結(jié)束整個循環(huán)過程。

在PCB(印制電路板)中，印制導線用來實現(xiàn)電路元件和器件之間電氣連接，是PCB中的重要組件，PCB導線多為銅線，銅自身的物理特性也導致其在導電過程中必然存在一定的阻抗，導線中的電感成分會影響電壓信號的傳輸，而電阻成分則會影響電流信號的傳輸，在高頻線路中電感的影響尤為嚴重，因此，在PCB設計中必須注意和消除印制導線阻抗所帶來的影響。1印制導線產(chǎn)生干擾的原因PCB上的印制導線通電后在直流或交流狀態(tài)下分別對電流呈現(xiàn)電阻或感抗，而平行導線之間存在電感效應，電阻效應，電導效應，互感效應;一根導線上的變化電流必然影響另一根導線，從而產(chǎn)生干擾;PCB板外連接導線甚至元器件引線都可能成為發(fā)射或接收干擾信號的天線。印制導線的直流電阻和交流阻抗可以通過公式和公式來計算，R=PL/S和XL=2πfL式中L為印制導線長度(m)，s為導線截面積(mm2)，ρ為銅的電阻率，TT為常數(shù)，f為交流頻率。正是由于這些阻抗的存在，從而產(chǎn)生一定的電位差，這些電位差的存在，必然會帶來干擾，從而影響電路的正常工作。2 PCB電流與導線寬度的關(guān)系PCB導線寬度與電路電流承載值有關(guān)，一般導線越寬，承載電流的能力越強。在實際的PCB制作過程中，導線寬度應以能滿足電氣性能要求而又便于生產(chǎn)為宜，它的最小值以承受的電流大小而定，導線寬度和間距可取0.3mm(12mil)。導線的寬度在大電流的情況下還要考慮其溫升問題。PCB設計銅鉑厚度、線寬

臺灣專業(yè)線路板貼片(一) 畫好原理圖很多工程師都覺得layout工作更重要一些，原理圖就是為了生成網(wǎng)表方便PCB做檢查用的。線路板貼片加工廠其實，在后續(xù)電路調(diào)試過程中原理圖的作用會更大一些。無論是查找問題還是和同事交流，還是原理圖更直觀更方便。另外養(yǎng)成在原理圖中做標注的習慣，把各部分電路在layout的時候要注意到的問題標注在原理圖上，對自己或者對別人都是一個很好的提醒。層次化原理圖，把不同功能不同模塊的電路分成不同的頁，這樣無論是讀圖還是以后重復使用都能明顯的減少工作量。使用成熟的設計總是要比設計新電路的風險小。每次看到把所有電路都放在一張圖紙上，一片密密麻麻的器件，腦袋就能大一圈。(二) 好好進行電路布局心急的工程師畫完原理圖，把網(wǎng)表導入PCB后就迫不及待的把器件放好，開始拉線。其實一個好的PCB布局能讓你后面的拉線工作變得簡單，讓你的PCB工作的更好。每一塊板子都會有一個信號路徑，PCB布局也應該盡量遵循這個信號路徑，讓信號在板子上可以順暢的傳輸，人們都不喜歡走迷宮，信號也一樣。如果原理圖是按照模塊設計的，PCB也一樣可以。按照不同的功能模塊可以把板子劃分為若干區(qū)域。模擬數(shù)字分開，電源信號分開，發(fā)熱器件和易感器件分開，體積較大的器件不要太靠近板邊，注意射頻信號的屏蔽等等……多花一分的時間去優(yōu)化PCB的布局，就能在拉線的時候節(jié)省更多的時間。

(一) 細節(jié)決定成敗PCB設計是一個細致的工作，需要的就是細心和耐心。剛開始做設計的新手經(jīng)常犯的錯誤就是一些細節(jié)錯誤。器件管腳弄錯了，器件封裝用錯了，管腳順序畫反了等等，有些可以通過飛線來解決，有些可能就讓一塊板子直接變成了廢品。畫封裝的時候多檢查一遍，投板之前把封裝打印出來和實際器件比一下，多看一眼，多檢查一遍不是強迫癥，只是讓這些容易犯的低級錯誤盡量避免。否則設計的再好看的板子，上面布滿飛線，也就遠談不上優(yōu)秀了。(二) 學會設置規(guī)則其實現(xiàn)在不光高級的PCB設計軟件需要設置布線規(guī)則，一些簡單易用的PCB工具同樣可以進行規(guī)則設置。人腦畢竟不是機器，那就難免會有疏忽有失誤。所以把一些容易忽略的問題設置到規(guī)則里面，讓電腦幫助我們檢查，盡量避免犯一些低級錯誤。另外，完善的規(guī)則設置能更好的規(guī)范后面的工作。所謂磨刀不誤砍柴工，板子的規(guī)模越復雜規(guī)則設置的重要性越突出?，F(xiàn)在很多EDA工具都有自動布線功能，如果規(guī)則設置足夠詳細，讓工具自己幫你去設計，你在一旁喝杯咖啡，不是更愜意的事情嗎?(三) 為別人考慮的越多，自己的工作越少在進行PCB設計的時候，盡量多考慮一些最終使用者的需求。比如，如果設計的是一塊開發(fā)板，那么在進行PCB設計的時候就要考慮放置更多的絲印信息，這樣在使用的時候會更方便，不用來回的查找原理圖或者找設計人員支持了。如果設計的是一個量產(chǎn)產(chǎn)品，那么就要更多的考慮到生產(chǎn)線上會遇到的問題，同類型的器件盡量方向一致，器件間距是否合適，板子的工藝邊寬度等等。這些問題考慮的越早，越不會影響后面的設計，也可以減少后面支持的工作量和改板的次數(shù)?？瓷先ラ_始設計上用的時間增加了，實際上是減少了自己后續(xù)的工作量。在板子空間信號允許的情況下，盡量放置更多的測試點，提高板子的可測性，這樣在后續(xù)調(diào)試階段同樣能節(jié)省更多的時間，給發(fā)現(xiàn)問題提供更多的思路。(四) 畫好原理圖很多工程師都覺得layout工作更重要一些，原理圖就是為了生成網(wǎng)表方便PCB做檢查用的。其實，在后續(xù)電路調(diào)試過程中原理圖的作用會更大一些。無論是查找問題還是和同事交流，還是原理圖更直觀更方便。另外養(yǎng)成在原理圖中做標注的習慣，把各部分電路在layout的時候要注意到的問題標注在原理圖上，對自己或者對別人都是一個很好的提醒。層次化原理圖，把不同功能不同模塊的電路分成不同的頁，這樣無論是讀圖還是以后重復使用都能明顯的減少工作量。使用成熟的設計總是要比設計新電路的風險小。每次看到把所有電路都放在一張圖紙上，一片密密麻麻的器件，腦袋就能大一圈。

一個高明的CAD工程師需要做的是：如何綜合考慮各方意見，達到最佳結(jié)合點。以下為EDADOC專家根據(jù)個人在通訊產(chǎn)品PCB設計的多年經(jīng)驗，所總結(jié)出來的層疊設計參考，與大家共享。 PCB層疊設計基本原則 CAD工程師在完成布局(或預布局)后，重點對本板的布線瓶徑處進行分析，再結(jié)合EDA軟件關(guān)于布線密度(PIN/RAT)的報告參數(shù)、綜合本板諸如差分線、敏感信號線、特殊拓撲結(jié)構(gòu)等有特殊布線要求的信號數(shù)量、種類確定布線層數(shù);再根據(jù)單板的電源、地的種類、分布、有特殊布線需求的信號層數(shù)，綜合單板的性能指標要求與成本承受能力，確定單板的電源、地的層數(shù)以及它們與信號層的相對排布位置。單板層的排布一般原則：A)與元件面相鄰的層為地平面，提供器件屏蔽層以及為頂層布線提供回流平面;B)所有信號層盡可能與地平面相鄰(確保關(guān)鍵信號層與地平面相鄰);C)主電源盡可能與其對應地相鄰;D)盡量避免兩信號層直接相鄰;

解決EMI問題的辦法很多，現(xiàn)代的EMI抑制方法包括：利用EMI抑制涂層、選用合適的EMI抑制零配件和EMI仿真設計等。本文從最基本的PCB布板出發(fā)，討論PCB分層堆疊在控制EMI輻射中的作用和設計技巧。電源匯流排在IC的電源引腳附近合理地安置適當容量的電容，可使IC輸出電壓的跳變來得更快。然而，問題并非到此為止。由于電容呈有限頻率響應的特性，這使得電容無法在全頻帶上生成干凈地驅(qū)動IC輸出所需要的諧波功率。除此之外，電源匯流排上形成的瞬態(tài)電壓在去耦路徑的電感兩端會形成電壓降，這些瞬態(tài)電壓就是主要的共模EMI干擾源。我們應該怎么解決這些問題?就我們電路板上的IC而言，IC周圍的電源層可以看成是優(yōu)良的高頻電容器，它可以收集為干凈輸出提供高頻能量的分立電容器所泄漏的那部份能量。此外，優(yōu)良的電源層的電感要小，從而電感所合成的瞬態(tài)信號也小，進而降低共模EMI。當然，電源層到IC電源引腳的連線必須盡可能短，因為數(shù)位信號的上升沿越來越快，最好是直接連到IC電源引腳所在的焊盤上，這要另外討論。為了控制共模EMI，電源層要有助于去耦和具有足夠低的電感，這個電源層必須是一個設計相當好的電源層的配對。有人可能會問，好到什么程度才算好?問題的答案取決于電源的分層、層間的材料以及工作頻率(即IC上升時間的函數(shù))。通常，電源分層的間距是6mil，夾層是FR4材料，則每平方英寸電源層的等效電容約為75pF。顯然，層間距越小電容越大。