山東SMT貼片隨著集成電路輸出開關(guān)速度提高以及PCB板密度增加，信號完整性已經(jīng)成為高速數(shù)字PCB設(shè)計必須關(guān)心的問題之一。專業(yè)SMT貼片元器件和PCB板的參數(shù)、元器件在PCB板上的布局、高速信號的布線等因素，都會引起信號完整性問題，導(dǎo)致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，甚至完全不工作。如何在PCB板的設(shè)計過程中充分考慮到信號完整性的因素，并采取有效的控制措施，已經(jīng)成為當今PCB設(shè)計業(yè)界中的一個熱門課題?；谛盘柾暾杂嬎銠C分析的高速數(shù)字PCB板設(shè)計方法能有效地實現(xiàn)PCB設(shè)計的信號完整性。1. 信號完整性問題概述信號完整性(SI)是指信號在電路中以正確的時序和電壓作出響應(yīng)的能力。如果電路中信號能夠以要求的時序、持續(xù)時間和電壓幅度到達IC，則該電路具有較好的信號完整性。反之，當信號不能正常響應(yīng)時，就出現(xiàn)了信號完整性問題。從廣義上講，信號完整性問題主要表現(xiàn)為5個方面：延遲、反射、串擾、同步切換噪聲(SSN)和電磁兼容性(EMI)。延遲是指信號在PCB板的導(dǎo)線上以有限的速度傳輸，信號從發(fā)送端發(fā)出到達接收端，其間存在一個傳輸延遲。信號的延遲會對系統(tǒng)的時序產(chǎn)生影響，在高速數(shù)字系統(tǒng)中，傳輸延遲主要取決于導(dǎo)線的長度和導(dǎo)線周圍介質(zhì)的介電常數(shù)。另外，當PCB板上導(dǎo)線(高速數(shù)字系統(tǒng)中稱為傳輸線)的特征阻抗與負載阻抗不匹配時，信號到達接收端后有一部分能量將沿著傳輸線反射回去，使信號波形發(fā)生畸變，甚至出現(xiàn)信號的過沖和下沖。信號如果在傳輸線上來回反射，就會產(chǎn)生振鈴和環(huán)繞振蕩。

這里主要是說了從PCB設(shè)計封裝來解析選擇元件的技巧。元件的封裝包含很多信息，包含元件的尺寸，特別是引腳的相對位置關(guān)系，還有元件的焊盤類型。當然我們根據(jù)元件封裝選擇元件時還有一個要注意的地方是要考慮元件的外形尺寸。引腳位置關(guān)系：主要是指我們需要將實際的元件的引腳和PCB元件的封裝的尺寸對應(yīng)起來。我們選擇不同的元件，雖然功能相同，但是元件的封裝很可能不一樣。我們需要保證PCB焊盤尺寸位置正確才能保證元件能正確焊接。焊盤的選擇：這個是我們需要考慮的比較多的地方。首先包括焊盤的類型。其類型包括兩種，一是電鍍通孔，一種是表貼類型。我們需要考慮的因素有器件成本、可用性、器件面積密度和功耗等因數(shù)。從制造角度看，表貼器件通常要比通孔器件便宜，而且一般可用性較高。對于我們一般設(shè)計來說，我們選擇表貼元件，不僅方便手工焊接，而且有利于查錯和調(diào)試過程中更好的連接焊盤和信號。其次我們還應(yīng)該注意焊盤的位置。因為不同的位置，就代表元件實際當中不同的位置。我們?nèi)绻缓侠戆才藕副P的位置，很有可能就會出現(xiàn)一個區(qū)域元件過密，而另外一個區(qū)域元件很稀疏的情況，當然情況更糟糕的是由于焊盤位置過近，導(dǎo)致元件之間空隙過小而無法焊接，下面就是我失敗的一個例子，我在一個光耦開關(guān)旁邊開了通孔，但是由于它們的位置過近，導(dǎo)致光耦開關(guān)焊接上去以后，通孔無法再放置螺絲了。

一、PCB沉金采用的是化學(xué)沉積的方法，通過化學(xué)氧化還原反應(yīng)的方法生成一層鍍層，一般厚度較厚，是化學(xué)鎳金金層沉積方法的一種，可以達到較厚的金層。二、PCB鍍金采用的是電解的原理，也叫電鍍方式。其他金屬表面處理也多數(shù)采用的是電鍍方式。在實際產(chǎn)品應(yīng)用中，90%的金板是沉金板，因為鍍金板焊接性差是他的致命缺點，也是導(dǎo)致很多公司放棄鍍金工藝的直接原因!沉金工藝在印制線路表面上沉積顏色穩(wěn)定，光亮度好，鍍層平整，可焊性良好的鎳金鍍層?；究煞譃樗膫€階段：前處理(除油，微蝕，活化、后浸)，沉鎳，沉金，后處理(廢金水洗，DI水洗，烘干)。沉金厚度在0.025-0.1um間。金應(yīng)用于電路板表面處理，因為金的導(dǎo)電性強，抗氧化性好，壽命長，而鍍金板與沉金板最根本的區(qū)別在于，鍍金是硬金(耐磨)，沉金是軟金(不耐磨)。1、沉金與鍍金所形成的晶體結(jié)構(gòu)不一樣，沉金對于金的厚度比鍍金要厚很多，沉金會呈金黃色，較鍍金來說更黃(這是區(qū)分鍍金和沉金的方法之一)，鍍金的會稍微發(fā)白(鎳的顏色)。2、沉金與鍍金所形成的晶體結(jié)構(gòu)不一樣，沉金相對鍍金來說更容易焊接，不會造成焊接不良。沉金板的應(yīng)力更易控制，對有邦定的產(chǎn)品而言，更有利于邦定的加工。同時也正因為沉金比鍍金軟，所以沉金板做金手指不耐磨(沉金板的缺點)。3、PCB沉金板只有焊盤上有鎳金，趨膚效應(yīng)中信號的傳輸是在銅層不會對信號有影響。4、沉金較鍍金來說晶體結(jié)構(gòu)更致密，不易產(chǎn)成氧化。5、隨著電路板加工精度要求越來越高，線寬、間距已經(jīng)到了0.1mm以下。鍍金則容易產(chǎn)生金絲短路。沉金板只有焊盤上有鎳金，所以不容易產(chǎn)成金絲短路。6、沉金板只有焊盤上有鎳金，所以線路上的阻焊與銅層的結(jié)合更牢固。工程在作補償時不會對間距產(chǎn)生影響。7、對于要求較高的板子，平整度要求要好，一般就采用沉金，沉金一般不會出現(xiàn)組裝后的黑墊現(xiàn)象。沉金板的平整性與使用壽命較鍍金板要好。所以目前大多數(shù)工廠都采用了沉金工藝生產(chǎn)金板。但是沉金工藝比鍍金工藝成本更貴(含金量更高)，所以依然還有大量的低價產(chǎn)品使用鍍金工藝。

一個布局是否合理沒有判斷標準，可以采用一些相對簡單的標準來判斷布局的優(yōu)劣。最常用的標準就是使飛線總長度盡可能短。一般來說，飛線總長度越短，意味著布線總長度也是越短(注意：這只是相對于大多數(shù)情況是正確的，并不是完全正確);走線越短，走線所占據(jù)的印制板面積也就越小，布通率越高。在走線盡可能短的同時，還必須考慮布線密度的問題。如何布局才能使飛線總長度最短并且保證布局密度不至于過高而不能實現(xiàn)是個很復(fù)雜的問題。因為，調(diào)整布局就是調(diào)整封裝的放置位置，一個封裝的焊盤往往和幾個甚至幾十個網(wǎng)絡(luò)同時相關(guān)聯(lián)，減小一個網(wǎng)絡(luò)飛線長度可能會增長另一個網(wǎng)絡(luò)的飛線長度。如何能夠調(diào)整封裝的位置到最佳點實在給不出太實用的標準，實際操作時，主要依靠設(shè)計者的經(jīng)驗觀查屏幕顯示的飛線是否簡捷、有序和計算出的總長度是否最短。飛線是手工布局和布線的主要參考標準，手工調(diào)整布局時盡量使飛線走最短路徑，手工布線時常常按照飛線指示的路徑連接各個焊盤。Protel的飛線優(yōu)化算法可以有效地解決飛線連接的最短路徑問題。飛線的連接策略Protel提供了兩種飛線連接方式供使用者選擇：順序飛線和最短樹飛線。在布線參數(shù)設(shè)置中的飛線模式頁可以設(shè)置飛線連接策略，應(yīng)該選擇最短樹策略。動態(tài)飛線在有關(guān)飛線顯示和控制一節(jié)中已經(jīng)講到： 執(zhí)行顯示網(wǎng)絡(luò)飛線、顯示封裝飛線和顯示全部飛線命令之一后飛線顯示開關(guān)打開，執(zhí)行隱含全部飛線命令后飛線顯示開關(guān)關(guān)閉。

隨著PCB設(shè)計復(fù)雜度的逐步提高，對于信號完整性的分析除了反射，串擾以及EMI之外，穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng)也成為設(shè)計者們重點研究的方向之一。尤其當開關(guān)器件數(shù)目不斷增加，核心電壓不斷減小的時候，電源的波動往往會給系統(tǒng)帶來致命的影響，于是人們提出了新的名詞：電源完整性，簡稱PI(powerintegrity)。當今國際市場上，IC設(shè)計比較發(fā)達，但電源完整性設(shè)計還是一個薄弱的環(huán)節(jié)。因此本文提出了PCB板中電源完整性問題的產(chǎn)生，分析了影響電源完整性的因素并提出了解決PCB板中電源完整性問題的優(yōu)化方法與經(jīng)驗設(shè)計，具有較強的理論分析與實際工程應(yīng)用價值。二、電源噪聲的起因及分析對于電源噪聲的起因我們通過一個與非門電路圖進行分析。圖1中的電路圖為一個三輸入與非門的結(jié)構(gòu)圖，因為與非門屬于數(shù)字器件，它是通過“1”和“0”電平的切換來工作的。隨著IC技術(shù)的不斷提高，數(shù)字器件的切換速度也越來越快，這就引進了更多的高頻分量，同時回路中的電感在高頻下就很容易引起電源波動。如在圖1中，當與非門輸入全為高電平時，電路中的三極管導(dǎo)通，電路瞬間短路，電源向電容充電，同時流入地線。此時由于電源線和地線上存在寄生電感，我們由公式V=LdI/dt可知，這將在電源線和地線上產(chǎn)生電壓波動，如圖2中所示的電平上升沿所引入的ΔI噪聲。當與非門輸入為低電平時，此時電容放電，將在地線上產(chǎn)生較大的ΔI噪聲;而電源此時只有電路的瞬間短路所引起的電流突變，由于不存在向電容充電而使電流突變相對于上升沿來說要小。從對與非門的電路進行分析我們知道，造成電源不穩(wěn)定的根源主要在于兩個方面：一是器件高速開關(guān)狀態(tài)下，瞬態(tài)的交變電流過大;

覆銅，就是將PCB上閑置的空間作為基準面，然后用固體銅填充，這些銅區(qū)又稱為灌銅。敷銅的意義在于，減小地線阻抗，提高抗干擾能力;降低壓降，提高電源效率;還有，與地線相連，減小環(huán)路面積。如果PCB的地較多，有SGND、AGND、GND，等等，如何覆銅?我的做法是，根據(jù)PCB板面位置的不同，分別以最主要的“地”作為基準參考來獨立覆銅，數(shù)字地和模擬地分開來敷銅自不多言。同時在覆銅之前，首先加粗相應(yīng)的電源連線：V5.0V、V3.6V、V3.3V(SD卡供電)，等等。這樣一來，就形成了多個不同形狀的多變形結(jié)構(gòu)。覆銅需要處理好幾個問題：一是不同地的單點連接，二是晶振附近的覆銅，電路中的晶振為一高頻發(fā)射源，做法是在環(huán)繞晶振敷銅，然后將晶振的外殼另行接地。三是孤島(死區(qū))問題，如果覺得很大，那就定義個地過孔添加進去也費不了多大的事。另外，大面積覆銅好還是網(wǎng)格覆銅好，不好一概而論。為什么呢?大面積覆銅，如果過波峰焊時，板子就可能會翹起來，甚至會起泡。從這點來說，網(wǎng)格的散熱性要好些。通常是高頻電路對抗干擾要求高的多用網(wǎng)格，低頻電路有大電流的電路等常用完整的鋪銅。補充下：在數(shù)字電路中，特別是帶MCU的電路中，兆級以上工作頻率的電路，敷銅的作用就是為了降低整個地平面的阻抗。更具體的處理方法我一般是這樣來操作的：各個核心模塊(也都是數(shù)字電路)在允許的情況下也會分區(qū)敷銅，然后再用線把各個敷銅連接起來，這樣做的目的也是為了減小各級電路之間的影響。對于數(shù)字電路模擬電路 混合的電路，地線的獨立走線，以及到最后到電源濾波電容處的匯總就不多說了，大家都清楚。不過有一點：模擬電路里的地線分布，很多時候不能簡單敷成一片銅皮就了事，因為模擬電路里很注重前后級的互相影響，而且模擬地也要求單點接地，所以能不能把模擬地敷成銅皮還得根據(jù)實際情況處理。(這就要求對所用到的模擬IC的一些特殊性能還是要了解的)