在高速設(shè)計(jì)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(jì)算和測量方法。在高速設(shè)計(jì)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(gè)具有一定長度的導(dǎo)體組成，一個(gè)導(dǎo)體用來發(fā)送信號(hào)，另一個(gè)用來接收信號(hào)(切記“回路”取代“地”的概念)。在一個(gè)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(gè)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(gè)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(hào)在傳輸中碰到了什么。當(dāng)沿著一條具有同樣橫截面?zhèn)鬏斁€移動(dòng)時(shí)，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(gè)電壓波信號(hào)沿著該線以光速傳播，它的速度通常約為6英寸/納秒。當(dāng)然，這個(gè)信號(hào)確實(shí)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(diǎn)和回路的相臨點(diǎn)來衡量。圖2是該電壓信號(hào)的傳輸示意圖。Zen的方法是先“產(chǎn)生信號(hào)”，然后沿著這條傳輸線以6英寸/納秒的速度傳播。第Y個(gè)0.01納秒前進(jìn)了0.06英寸，這時(shí)發(fā)送線路有多余的正電荷，而回路有多余的負(fù)電荷，正是這兩種電荷差維持著這兩個(gè)導(dǎo)體之間的1伏電壓差，而這兩個(gè)導(dǎo)體又組成了一個(gè)電容器。在下一個(gè)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(fù)電荷到接收線路。每移動(dòng)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(fù)電荷加到回路。每隔0.01納秒，必須對(duì)傳輸線路的另外一段進(jìn)行充電，然后信號(hào)開始沿著這一段傳播。電荷來自傳輸線前端的電池，當(dāng)沿著這條線移動(dòng)時(shí)，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(jìn)0.01納秒，就從電池中獲得一些電荷(±Q)，恒定的時(shí)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(fù)電流實(shí)際上與流出的正電流相等，而且正好在信號(hào)波的前端，交流電流通過上、下線路組成的電容，結(jié)束整個(gè)循環(huán)過程。

現(xiàn)在市面上流行的EDA工具軟件很多，但除了使用的術(shù)語和功能鍵的位置不一樣外都大同小異，如何用這些工具更好地實(shí)現(xiàn)PCB的設(shè)計(jì)呢?在開始布線之前對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行認(rèn)真的分析以及對(duì)工具軟件進(jìn)行認(rèn)真的設(shè)置將使設(shè)計(jì)更加符合要求。下面是一般的設(shè)計(jì)過程和步驟。1、確定PCB的層數(shù)電路板尺寸和布線層數(shù)需要在設(shè)計(jì)初期確定。如果設(shè)計(jì)要求使用高密度球柵數(shù)組(BGA)組件，就必須考慮這些器件布線所需要的最少布線層數(shù)。布線層的數(shù)量以及層疊(stack-up)方式會(huì)直接影響到印制線的布線和阻抗。板的大小有助于確定層疊方式和印制線寬度，實(shí)現(xiàn)期望的設(shè)計(jì)效果。多年來，人們總是認(rèn)為電路板層數(shù)越少成本就越低，但是影響電路板的制造成本還有許多其它因素。近幾年來，多層板之間的成本差別已經(jīng)大大減小。在開始設(shè)計(jì)時(shí)最好采用較多的電路層并使敷銅均勻分布，以避免在設(shè)計(jì)臨近結(jié)束時(shí)才發(fā)現(xiàn)有少量信號(hào)不符合已定義的規(guī)則以及空間要求，從而被迫添加新層。在設(shè)計(jì)之前認(rèn)真的規(guī)劃將減少布線中很多的麻煩。2、設(shè)計(jì)規(guī)則和限制自動(dòng)布線工具本身并不知道應(yīng)該做些什幺。為完成布線任務(wù)，布線工具需要在正確的規(guī)則和限制條件下工作。不同的信號(hào)線有不同的布線要求，要對(duì)所有特殊要求的信號(hào)線進(jìn)行分類，不同的設(shè)計(jì)分類也不一樣。每個(gè)信號(hào)類都應(yīng)該有優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)越高，規(guī)則也越嚴(yán)格。規(guī)則涉及印制線寬度、過孔的最大數(shù)量、平行度、信號(hào)線之間的相互影響以及層的限制，這些規(guī)則對(duì)布線工具的性能有很大影響。認(rèn)真考慮設(shè)計(jì)要求是成功布線的重要一步。

江西廠家SMT焊接PCB制板熱風(fēng)整平前處理過程的好壞對(duì)熱風(fēng)整平的質(zhì)量影響很大，該工序必須徹底清除焊盤上的油污，廠家SMT焊接雜質(zhì)及氧化層，為浸錫提供新鮮可焊的銅表面?，F(xiàn)在較常采用的前處理工藝是機(jī)械式噴淋，首先是硫酸-雙氧水微蝕刻，微蝕后浸酸，然后是水噴淋沖洗，熱風(fēng)吹干，噴助焊劑，立即熱風(fēng)整平。前處理不良造成的露銅現(xiàn)象是不分類型批次同時(shí)大量出現(xiàn)的，露銅點(diǎn)常常是分布整個(gè)板面，在邊緣上更是嚴(yán)重。使用放大鏡觀察前處理后的線路板將發(fā)現(xiàn)焊盤上有明顯殘留的氧化點(diǎn)和污跡。出現(xiàn)類似情況應(yīng)對(duì)微蝕溶液進(jìn)行化學(xué)分析，檢查第二道酸洗溶液，調(diào)整溶液的濃度更換由于時(shí)間使用過長污染嚴(yán)重的溶液，檢查噴淋系統(tǒng)是否通暢。適當(dāng)?shù)难娱L處理時(shí)間也可提高處理效果，但需注意會(huì)出現(xiàn)的過腐蝕現(xiàn)象，返工的線路板經(jīng)熱風(fēng)整平后處理線再在5%的鹽酸溶液中處理一下，去除表面的氧化物。2.焊盤表面不潔，有殘余的阻焊劑污染焊盤。目前大部份的廠家采用全板絲網(wǎng)印刷液態(tài)感光阻焊油墨，然后通過曝光、顯影去除多余的阻焊劑，得到時(shí)間的阻焊圖形。在該過程中，預(yù)烘過程控制不好，溫度過高時(shí)間過長都會(huì)造成顯影的困難。阻焊底片上是否有缺陷，顯影液的成份及溫度是否正確，顯影時(shí)的速度即顯影點(diǎn)是否正確，噴嘴是否堵塞及噴嘴的壓力是否正常，水洗是否良好，其中任何一點(diǎn)情況都會(huì)給焊盤上留下殘點(diǎn)。如由于底片的原因形成的露銅一般較有規(guī)律性，都在同一點(diǎn)上。該種情況使用放大鏡可發(fā)現(xiàn)在露銅處有阻焊物質(zhì)的殘留痕跡，PCB設(shè)計(jì)一般在固化工序前應(yīng)設(shè)立一崗位對(duì)圖形及金屬化孔內(nèi)部進(jìn)行檢查，保證送到下一工序的印刷線路板的焊盤和金屬化孔內(nèi)清潔無阻焊油墨殘留。3.助焊劑活性不夠助焊劑的作用是改善銅表面的潤濕性，保護(hù)層壓板表面不過熱，且為焊料涂層提供保護(hù)作用。如助焊劑活性不夠，銅表面潤濕性不好，焊料就不能完全覆蓋焊盤，其露銅現(xiàn)象與前處理不佳類似，延長前處理時(shí)間可減輕露銅現(xiàn)象?，F(xiàn)在的助焊劑幾乎全為酸性助焊劑，內(nèi)含有酸性添加劑，如酸性過高會(huì)產(chǎn)生咬銅現(xiàn)象嚴(yán)重，造成焊料中的銅含量高引起鉛錫粗糙;酸性過低，則活性弱，會(huì)導(dǎo)致露銅。如鉛錫槽中的銅含量大要及時(shí)除銅。工藝技術(shù)人員選擇一個(gè)質(zhì)量穩(wěn)定可靠的助焊劑對(duì)熱風(fēng)整平有重要的影響，優(yōu)良的助焊劑的是熱風(fēng)整平質(zhì)量的保證。

日常維護(hù)與保養(yǎng)方法1、槽體的維護(hù)與保養(yǎng)垂直電鍍線與水平電鍍線的主要區(qū)別在于電路板的運(yùn)送方式不同，而對(duì)于槽體的維護(hù)及保養(yǎng)方法本質(zhì)上相差不大。7d要對(duì)各水洗槽進(jìn)行一次清洗對(duì)酸洗槽，進(jìn)行一次清洗并更換其槽液;對(duì)槽體內(nèi)的噴淋裝置進(jìn)行一次檢查，查看有無出現(xiàn)阻塞情況，對(duì)出現(xiàn)阻塞情況的要及時(shí)進(jìn)行疏通;對(duì)鍍銅槽、鍍錫槽上的導(dǎo)電支座及陽極與火線接觸位，進(jìn)行一次清潔清潔時(shí)可用抹布擦拭及砂紙進(jìn)行打磨;對(duì)鍍銅槽、鍍錫槽的鈦籃、錫條籃進(jìn)行一次檢查，更換爛的鈦籃袋、錫條籃，并添加銅球、錫條，在7d添加完銅球、錫條后，須對(duì)電鍍銅槽、電鍍錫槽進(jìn)行電解。7d還要使用高、低電流方式進(jìn)行試生產(chǎn)，使新添加銅球、錫條完后，生產(chǎn)的性能穩(wěn)定后再進(jìn)行生產(chǎn)。每90要對(duì)銅球及陽極袋進(jìn)行一次清洗。每120~150d使用活性碳對(duì)槽液進(jìn)行一次過濾清潔，濾去槽液中的雜質(zhì)，對(duì)錫槽進(jìn)行一次清洗。2、垂直電鍍線振動(dòng)機(jī)構(gòu)的維護(hù)與保養(yǎng)在垂直電鍍上，為保證電鍍時(shí)面銅的均勻性及孔銅的效果，會(huì)對(duì)板進(jìn)行振動(dòng)搖擺，槽體上會(huì)有振動(dòng)搖擺機(jī)構(gòu)。30d要對(duì)減速機(jī)進(jìn)行檢查，看其是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，檢查其緊固性;要檢查震動(dòng)安裝馬達(dá)螺栓的緊固性;檢查震動(dòng)橡膠的磨損情況，對(duì)于磨損比較嚴(yán)重的，要進(jìn)行及時(shí)的更換。180d對(duì)接線盒內(nèi)的電源線接觸情形進(jìn)行檢查，對(duì)出現(xiàn)接頭松動(dòng)要及時(shí)加以緊固，對(duì)電線絕緣層熔化或老化的電源線，要及時(shí)進(jìn)行更換電源線，保證電源線之間的絕緣性;要對(duì)振動(dòng)機(jī)構(gòu)上的所有軸承進(jìn)行一次檢查，上一次潤滑脂，對(duì)嚴(yán)重磨損的軸承要進(jìn)行及時(shí)的更換。3、垂直電鍍線行車的維護(hù)與保養(yǎng)垂直電鍍線是采用行車、掛具對(duì)電路板進(jìn)行傳送。每周要對(duì)吊車及掛具進(jìn)行一次清潔(行車及掛具不用拆卸)，使其外觀保持整潔，清潔時(shí)可使用抹布抹洗，并使用砂紙打磨。30d對(duì)掛具進(jìn)行一次檢查，查看掛具的破損情況;對(duì)行車的電機(jī)及減速機(jī)進(jìn)行一次檢查和維護(hù)，查看其整個(gè)傳動(dòng)裝置，保證其正常運(yùn)行。180d對(duì)行車及掛具進(jìn)行一次深入的清潔及保養(yǎng)，要將掛具從行車上拆卸下來進(jìn)行清潔。

相信對(duì)做硬件的工程師，畢業(yè)開始進(jìn)公司時(shí)，在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，老工程師都會(huì)對(duì)他說，PCB走線不要走直角，走線一定要短，電容一定要就近擺放等等。但是一開始我們可能都不了解為什么這樣做，就憑他們的幾句經(jīng)驗(yàn)對(duì)我們來說是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的哦，當(dāng)然如果你沒有注意這些細(xì)節(jié)問題，今后又犯了，可能又會(huì)被他們罵，“都說了多少遍了電容一定要就近擺放，放遠(yuǎn)了起不到效果等等”，往往經(jīng)驗(yàn)告訴我們其實(shí)那些老工程師也是只有一部分人才真正掌握其中的奧妙，我們一開始不會(huì)也不用難過，多看看資料很快就能掌握的。直到被罵好幾次后我們回去找相關(guān)資料，為什么設(shè)計(jì)PCB電容要就近擺放呢，等看了資料后就能了解一些，可是網(wǎng)上的資料很雜散，很少能找到一個(gè)很全方面講解的。下面這些內(nèi)容是我轉(zhuǎn)載的一篇關(guān)于電容去耦半徑的講解，相信你看了之后可以很牛x的回答和避免類似問題的發(fā)生。老師問： 為什么去耦電容就近擺放呢?學(xué)生答： 因?yàn)樗杏行О霃脚?，放的遠(yuǎn)了失效的。電容去耦的一個(gè)重要問題是電容的去耦半徑。大多數(shù)資料中都會(huì)提到電容擺放要盡量靠近芯片，多數(shù)資料都是從減小回路電感的角度來談這個(gè)擺放距離問題。確實(shí)，減小電感是一個(gè)重要原因，但是還有一個(gè)重要的原因大多數(shù)資料都沒有提及，那就是電容去耦半徑問題。如果電容擺放離芯片過遠(yuǎn)，超出了它的去耦半徑，電容將失去它的去耦的作用。理解去耦半徑最好的辦法就是考察噪聲源和電容補(bǔ)償電流之間的相位關(guān)系。當(dāng)芯片對(duì)電流的需求發(fā)生變化時(shí)，會(huì)在電源平面的一個(gè)很小的局部區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生電壓擾動(dòng)，電容要補(bǔ)償這一電流(或電壓)，就必須先感知到這個(gè)電壓擾動(dòng)。信號(hào)在介質(zhì)中傳播需要一定的時(shí)間，因此從發(fā)生局部電壓擾動(dòng)到電容感知到這一擾動(dòng)之間有一個(gè)時(shí)間延遲。同樣，電容的補(bǔ)償電流到達(dá)擾動(dòng)區(qū)也需要一個(gè)延遲。因此必然造成噪聲源和電容補(bǔ)償電流之間的相位上的不一致。

如果阻抗變化只發(fā)生一次，例如線寬從8mil變到6mil后，一直保持6mil寬度這種情況，要達(dá)到突變處信號(hào)反射噪聲不超過電壓擺幅的5%這一噪聲預(yù)算要求，阻抗變化必須小于10%。這有時(shí)很難做到，以 FR4板材上微帶線的情況為例，我們計(jì)算一下。如果線寬8mil，線條和參考平面之間的厚度為4mil，特性阻抗為46.5歐姆。線寬變化到6mil后特性阻抗變成54.2歐姆，阻抗變化率達(dá)到了20%。反射信號(hào)的幅度必然超標(biāo)。至于對(duì)信號(hào)造成多大影響，還和信號(hào)上升時(shí)間和驅(qū)動(dòng)端到反射點(diǎn)處信號(hào)的時(shí)延有關(guān)。但至少這是一個(gè)潛在的問題點(diǎn)。幸運(yùn)的是這時(shí)可以通過阻抗匹配端接解決問題。如果阻抗變化發(fā)生兩次，例如線寬從8mil變到6mil后，拉出2cm后又變回8mil。那么在2cm長6mil寬線條的兩個(gè)端點(diǎn)處都會(huì)發(fā)生反射，一次是阻抗變大，發(fā)生正反射，接著阻抗變小，發(fā)生負(fù)反射。如果兩次反射間隔時(shí)間足夠短，兩次反射就有可能相互抵消，從而減小影響。假設(shè)傳輸信號(hào)為1V，第Y次正反射有0.2V被反射，1.2V繼續(xù)向前傳輸，第二次反射有 -0.2*1.2 = 0.24v被反射回。再假設(shè)6mil線長度極短，兩次反射幾乎同時(shí)發(fā)生，那么總的反射電壓只有0.04V，小于5%這一噪聲預(yù)算要求。因此，這種反射是否影響信號(hào)，有多大影響，和阻抗變化處的時(shí)延以及信號(hào)上升時(shí)間有關(guān)。研究及實(shí)驗(yàn)表明，只要阻抗變化處的時(shí)延小于信號(hào)上升時(shí)間的20%，反射信號(hào)就不會(huì)造成問題。如果信號(hào)上升時(shí)間為1ns，那么阻抗變化處的時(shí)延小于0.2ns對(duì)應(yīng)1.2英寸，反射就不會(huì)產(chǎn)生問題。也就是說，對(duì)于本例情況，6mil寬走線的長度只要小于3cm就不會(huì)有問題。