PCB設(shè)計(jì)是一個(gè)細(xì)致的工作,需要的就是細(xì)心和耐心。剛開始做設(shè)計(jì)的新手經(jīng)常犯的錯(cuò)誤就是一些細(xì)節(jié)錯(cuò)誤。器件管腳弄錯(cuò)了,器件封裝用錯(cuò)了,管腳順序畫反了等等,有些可以通過(guò)飛線來(lái)解決,有些可能就讓一塊板子直接變成了廢品。畫封裝的時(shí)候多檢查一遍,投板之前把封裝打印出來(lái)和實(shí)際器件比一下,多看一眼,多檢查一遍不是強(qiáng)迫癥,只是讓這些容易犯的低級(jí)錯(cuò)誤盡量避免。否則設(shè)計(jì)的再好看的板子,上面布滿飛線,也就遠(yuǎn)談不上優(yōu)秀了。(二) 學(xué)會(huì)設(shè)置規(guī)則其實(shí)現(xiàn)在不光高級(jí)的PCB設(shè)計(jì)軟件需要設(shè)置布線規(guī)則,一些簡(jiǎn)單易用的PCB工具同樣可以進(jìn)行規(guī)則設(shè)置。人腦畢竟不是機(jī)器,那就難免會(huì)有疏忽有失誤。所以把一些容易忽略的問(wèn)題設(shè)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(jí)錯(cuò)誤。另外,完善的規(guī)則設(shè)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(fù)雜規(guī)則設(shè)置的重要性越突出?,F(xiàn)在很多EDA工具都有自動(dòng)布線功能,如果規(guī)則設(shè)置足夠詳細(xì),讓工具自己幫你去設(shè)計(jì),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(jìn)行PCB設(shè)計(jì)的時(shí)候,盡量多考慮一些最終使用者的需求。比如,如果設(shè)計(jì)的是一塊開發(fā)板,那么在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)的時(shí)候就要考慮放置更多的絲印信息,這樣在使用的時(shí)候會(huì)更方便,不用來(lái)回的查找原理圖或者找設(shè)計(jì)人員支持了。如果設(shè)計(jì)的是一個(gè)量產(chǎn)產(chǎn)品,那么就要更多的考慮到生產(chǎn)線上會(huì)遇到的問(wèn)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(wèn)題考慮的越早,越不會(huì)影響后面的設(shè)計(jì),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(shè)計(jì)上用的時(shí)間增加了,實(shí)際上是減少了自己后續(xù)的工作量。在板子空間信號(hào)允許的情況下,盡量放置更多的測(cè)試點(diǎn),提高板子的可測(cè)性,這樣在后續(xù)調(diào)試階段同樣能節(jié)省更多的時(shí)間,給發(fā)現(xiàn)問(wèn)題提供更多的思路。
臺(tái)灣專業(yè)線路板印制通訊與計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展使得高速PCB設(shè)計(jì)進(jìn)入了千兆位領(lǐng)域,新的高速器件應(yīng)用使得如此高的速率在背板和單板上的長(zhǎng)距離傳輸成為可能,線路板印制加工廠但與此同時(shí),PCB設(shè)計(jì)中的信號(hào)完整性問(wèn)題(SI)、電源完整性以及電磁兼容方面的問(wèn)題也更加突出。信號(hào)完整性是指信號(hào)在信號(hào)線上傳輸?shù)馁|(zhì)量,主要問(wèn)題包括反射、振蕩、時(shí)序、地彈和串?dāng)_等。信號(hào)完整性差不是由某個(gè)單一因素導(dǎo)致,而是板級(jí)設(shè)計(jì)中多種因素共同引起。在千兆位設(shè)備的PCB板設(shè)計(jì)中,一個(gè)好的信號(hào)完整性設(shè)計(jì)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(wèn)題。高速PCB設(shè)計(jì)EDA工具已經(jīng)從單純的仿真驗(yàn)證發(fā)展到設(shè)計(jì)和驗(yàn)證相結(jié)合,幫助設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)早期設(shè)定規(guī)則以避免錯(cuò)誤而不是在設(shè)計(jì)后期發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。隨著數(shù)據(jù)速率越來(lái)越高設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜,高速PCB系統(tǒng)分析工具變得更加必要,這些工具包括時(shí)序分析、信號(hào)完整性分析、設(shè)計(jì)空間參數(shù)掃描分析、EMC設(shè)計(jì)、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(shè)備PCB設(shè)計(jì)中信號(hào)完整性分析應(yīng)考慮的一些問(wèn)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(yīng)商會(huì)提供有關(guān)芯片的設(shè)計(jì)資料,但是器件供應(yīng)商對(duì)于新器件信號(hào)完整性的了解也存在一個(gè)過(guò)程,這樣器件供應(yīng)商給出的設(shè)計(jì)指南可能并不成熟,還有就是器件供應(yīng)商給出的設(shè)計(jì)約束條件通常都是非常苛刻的,對(duì)設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)要滿足所有的設(shè)計(jì)規(guī)則會(huì)非常困難。所以就需要信號(hào)完整性工程師運(yùn)用仿真分析工具對(duì)供應(yīng)商的約束規(guī)則和實(shí)際設(shè)計(jì)進(jìn)行分析,考察和優(yōu)化元器件選擇、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、匹配方案、匹配元器件的值,并最終開發(fā)出確保信號(hào)完整性的PCB布局布線規(guī)則。因此,千兆位信號(hào)的精確仿真分析變得十分重要,而器件模型在信號(hào)完整性分析工作中的作用也越來(lái)越得到重視。
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(shuō),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(lái)說(shuō)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的哦,當(dāng)然如果你沒(méi)有注意這些細(xì)節(jié)問(wèn)題,今后又犯了,可能又會(huì)被他們罵,“都說(shuō)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(guò),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(wèn)題的發(fā)生。老師問(wèn): 為什么去耦電容就近擺放呢?學(xué)生答: 因?yàn)樗杏行О霃脚叮诺倪h(yuǎn)了失效的。電容去耦的一個(gè)重要問(wèn)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(lái)談這個(gè)擺放距離問(wèn)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(méi)有提及,那就是電容去耦半徑問(wèn)題。如果電容擺放離芯片過(guò)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。
1. 從原理圖到PCB的設(shè)計(jì)流程建立元件參數(shù)——>輸入原理網(wǎng)表->設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置->手工布局->手工布線->驗(yàn)證設(shè)計(jì)——>復(fù)查->CAM輸出。2. 參數(shù)設(shè)置相鄰導(dǎo)線間距必須能滿足電氣安全要求,而且為了便于操作和生產(chǎn),間距也應(yīng)盡量寬些。最小間距至少要能適合承受的電壓,在布線密度較低時(shí),信號(hào)線的間距可適當(dāng)?shù)丶哟螅瑢?duì)高、低電平懸殊的信號(hào)線應(yīng)盡可能地短且加大間距,一般情況下將走線間距設(shè)為8mil。焊盤內(nèi)孔邊緣到印制板邊的距離要大于1mm,這樣可以避免加工時(shí)導(dǎo)致焊盤缺損。當(dāng)與焊盤連接的走線較細(xì)時(shí),要將焊盤與走線之間的連接設(shè)計(jì)成水滴狀,這樣的好處是焊盤不容易起皮,而是走線與焊盤不易斷開。3. 元器件布局實(shí)踐證明,即使電路原理圖設(shè)計(jì)正確,印制電路板設(shè)計(jì)不當(dāng),也會(huì)對(duì)電子設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如,如果印制板兩條細(xì)平行線靠得很近,則會(huì)形成信號(hào)波形的延遲,在傳輸線的終端形成反射噪聲;由于電源、地線的考慮不周到而引起的干擾,會(huì)使產(chǎn)品的性能下降,因此,在設(shè)計(jì)印制電路板的時(shí)候,應(yīng)注意采用正確的方法。每一個(gè)開關(guān)電源都有四個(gè)電流回路:◆ 電源開關(guān)交流回路◆ 輸出整流交流回路◆ 輸入信號(hào)源電流回路◆ 輸出負(fù)載電流回路輸入回路通過(guò)一個(gè)近似直流的電流對(duì)輸入電容充電,濾波電容主要起到一個(gè)寬帶儲(chǔ)能作用;類似地,輸出濾波電容也用來(lái)儲(chǔ)存來(lái)自輸出整流器的高頻能量,同時(shí)消除輸出負(fù)載回路的直流能量。所以,輸入和輸出濾波電容的接線端十分重要,輸入及輸出電流回路應(yīng)分別只從濾波電容的接線端連接到電源;如果在輸入/輸出回路和電源開關(guān)/整流回路之間的連接無(wú)法與電容的接線端直接相連,交流能量將由輸入或輸出濾波電容并輻射到環(huán)境中去。電源開關(guān)交流回路和整流器的交流回路包含高幅梯形電流,這些電流中諧波成分很高,其頻率遠(yuǎn)大于開關(guān)基頻,峰值幅度可高達(dá)持續(xù)輸入/輸出直流電流幅度的5倍,過(guò)渡時(shí)間通常約為50ns。這兩個(gè)回路最容易產(chǎn)生電磁干擾,因此必須在電源中其它印制線布線之前先布好這些交流回路,每個(gè)回路的三種主要的元件濾波電容、電源開關(guān)或整流器、電感或變壓器應(yīng)彼此相鄰地進(jìn)行放置,調(diào)整元件位置使它們之間的電流路徑盡可能短。
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(hào)完整性已經(jīng)成為高速數(shù)字PCB設(shè)計(jì)必須關(guān)心的問(wèn)題之一。元器件和PCB板的參數(shù)、元器件在PCB板上的布局、高速信號(hào)的布線等因素,都會(huì)引起信號(hào)完整性問(wèn)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(jì)過(guò)程中充分考慮到信號(hào)完整性的因素,并采取有效的控制措施,已經(jīng)成為當(dāng)今PCB設(shè)計(jì)業(yè)界中的一個(gè)熱門課題?;谛盘?hào)完整性計(jì)算機(jī)分析的高速數(shù)字PCB板設(shè)計(jì)方法能有效地實(shí)現(xiàn)PCB設(shè)計(jì)的信號(hào)完整性。1. 信號(hào)完整性問(wèn)題概述信號(hào)完整性(SI)是指信號(hào)在電路中以正確的時(shí)序和電壓作出響應(yīng)的能力。如果電路中信號(hào)能夠以要求的時(shí)序、持續(xù)時(shí)間和電壓幅度到達(dá)IC,則該電路具有較好的信號(hào)完整性。反之,當(dāng)信號(hào)不能正常響應(yīng)時(shí),就出現(xiàn)了信號(hào)完整性問(wèn)題。從廣義上講,信號(hào)完整性問(wèn)題主要表現(xiàn)為5個(gè)方面:延遲、反射、串?dāng)_、同步切換噪聲(SSN)和電磁兼容性(EMI)。延遲是指信號(hào)在PCB板的導(dǎo)線上以有限的速度傳輸,信號(hào)從發(fā)送端發(fā)出到達(dá)接收端,其間存在一個(gè)傳輸延遲。信號(hào)的延遲會(huì)對(duì)系統(tǒng)的時(shí)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(zhǎng)度和導(dǎo)線周圍介質(zhì)的介電常數(shù)。另外,當(dāng)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(fù)載阻抗不匹配時(shí),信號(hào)到達(dá)接收端后有一部分能量將沿著傳輸線反射回去,使信號(hào)波形發(fā)生畸變,甚至出現(xiàn)信號(hào)的過(guò)沖和下沖。信號(hào)如果在傳輸線上來(lái)回反射,就會(huì)產(chǎn)生振鈴和環(huán)繞振蕩。
高速數(shù)字PCB板的等線長(zhǎng)是為了使各信號(hào)的延遲差保持在一個(gè)范圍內(nèi),保證系統(tǒng)在同一周期內(nèi)讀取的數(shù)據(jù)的有效性(延遲差超過(guò)一個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)會(huì)錯(cuò)讀下一周期的數(shù)據(jù)),一般要求延遲差不超過(guò)1/4時(shí)鐘周期,單位長(zhǎng)度的線延遲差也是固定的,延遲跟線寬,線長(zhǎng),銅厚,板層結(jié)構(gòu)有關(guān),但線過(guò)長(zhǎng)會(huì)增大分布電容和分布電感,使信號(hào)質(zhì)量,所以時(shí)鐘IC引腳一般都接RC端接,但蛇形走線并非起電感的作用,相反的,電感會(huì)使信號(hào)中的上升元中的高次諧波相移,造成信號(hào)質(zhì)量惡化,所以要求蛇形線間距最少是線寬的兩倍,信號(hào)的上升時(shí)間越小就越易受分布電容和分布電感的影響.因?yàn)閼?yīng)用場(chǎng)合不同具不同的作用,如果蛇形走線在電腦板中出現(xiàn),其主要起到一個(gè)濾波電感的作用,提高電路的抗干擾能力,電腦主機(jī)板中的蛇形走線,主要用在一些時(shí)鐘信號(hào)中,如CIClk,AGPClk,它的作用有兩點(diǎn):1、阻抗匹配 2、濾波電感。對(duì)一些重要信號(hào),如INTEL HUB架構(gòu)中的HUBLink,一共13根,跑233MHz,要求必須嚴(yán)格等長(zhǎng),以消除時(shí)滯造成的隱患,繞線是解決辦法。一般來(lái)講,蛇形走線的線距>=2倍的線寬。PCI板上的蛇行線就是為了適應(yīng)PCI 33MHzClock的線長(zhǎng)要求。若在一般普通PCB板中,是一個(gè)分布參數(shù)的 LC濾波器,還可作為收音機(jī)天線的電感線圈,短而窄的蛇形走線可做保險(xiǎn)絲等等.