pcn設計問題集第Y部分從pcb如何選材到運用等一系列問題進行總結(jié)。1、如何選擇PCB板材?選擇PCB板材必須在滿足設計需求和可量產(chǎn)性及成本中間取得平衡點。設計需求包含電氣和機構這兩部分。通常在設計非常高速的PCB板子(大于GHz的頻率)時這材質(zhì)問題會比較重要。例如，現(xiàn)在常用的FR-4材質(zhì)，在幾個GHz的頻率時的介質(zhì)損耗(dielectric loss)會對信號衰減有很大的影響，可能就不合用。就電氣而言，要注意介電常數(shù)(dielectric constant)和介質(zhì)損在所設計的頻率是否合用。2、如何避免高頻干擾?避免高頻干擾的基本思路是盡量降低高頻信號電磁場的干擾，也就是所謂的串擾(Crosstalk)。可用拉大高速信號和模擬信號之間的距離，或加ground guard/shunt traces在模擬信號旁邊。還要注意數(shù)字地對模擬地的噪聲干擾。3、在高速設計中，如何解決信號的完整性問題?信號完整性基本上是阻抗匹配的問題。而影響阻抗匹配的因素有信號源的架構和輸出阻抗(output impedance)，走線的特性阻抗，負載端的特性，走線的拓樸(topology)架構等。解決的方式是靠端接(termination)與調(diào)整走線的拓樸。

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系PCB導線寬度與電路電流承載值有關，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

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?shù)馁|(zhì)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(lián)方案、電源分配以及EMC方面的問題。高速PCB設計EDA工具已經(jīng)從單純的仿真驗證發(fā)展到設計和驗證相結(jié)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(xiàn)問題。隨著數(shù)據(jù)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(shù)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?？量痰模瑢υO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(jié)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。

專業(yè)貼片SMT在PCB板的設計當中，可以通過分層、恰當?shù)牟季植季€和安裝實現(xiàn)PCB的抗ESD設計。在設計過程中，專業(yè)貼片SMT加工廠通過預測可以將絕大多數(shù)設計修改僅限于增減元器件。通過調(diào)整PCB布局布線，能夠很好地防范ESD。以下是一些常見的防范措施。1、盡可能使用多層PCB相對于雙面PCB而言，地平面和電源平面，以及排列緊密的信號線-地線間距能夠減小共模阻抗和感性耦合，使之達到雙面PCB的1/10到1/100。盡量地將每一個信號層都緊靠一個電源層或地線層。對于頂層和底層表面都有元器件、具有很短連接線以及許多填充地的高密度PCB，可以考慮使用內(nèi)層線。2、對于雙面PCB來說，要采用緊密交織的電源和地柵格。電源線緊靠地線，在垂直和水平線或填充區(qū)之間，要盡可能多地連接。一面的柵格尺寸小于等于60mm，如果可能，柵格尺寸應小于13mm。3、確保每一個電路盡可能緊湊。4、盡可能將所有連接器都放在一邊。5、在每一層的機箱地和電路地之間，要設置相同的“隔離區(qū)”;如果可能，保持間隔距離為0.64mm。6、PCB裝配時，不要在頂層或者底層的焊盤上涂覆任何焊料。使用具有內(nèi)嵌墊圈的螺釘來實現(xiàn)PCB與金屬機箱/屏蔽層或接地面上支架的緊密接觸。

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。