PCB的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)介紹

71、PCB 設(shè)計(jì)中，如何避免串?dāng)_?

變化的信號(hào)(例如階躍信號(hào))沿傳輸線由 A 到 B 傳播，傳輸線 C-D 上會(huì)產(chǎn)生耦合信號(hào)，變化的信號(hào)一旦結(jié)束也就是信號(hào)恢復(fù)到穩(wěn)定的直流電平時(shí)，耦合信號(hào)也就不存在了，因此串?dāng)_僅發(fā)生在信號(hào)跳變的過程當(dāng)中，并且信號(hào)沿的變化(轉(zhuǎn)換率)越快，產(chǎn)生的串?dāng)_也就越大。空間中耦合的電磁場(chǎng)可以提取為無數(shù)耦合電容和耦合電感的集合，其中由耦合電容產(chǎn)生的串?dāng)_信號(hào)在受害網(wǎng)絡(luò)上可以分成前向串?dāng)_和反向串?dāng)_Sc，這個(gè)兩個(gè)信號(hào)極性相同;由耦合電感產(chǎn)生的串?dāng)_信號(hào)也分成前向串?dāng)_和反向串?dāng)_ SL，這兩個(gè)信號(hào)極性相反。耦合電感電容產(chǎn)生的前向串?dāng)_和反向串?dāng)_同時(shí)存在，并且大小幾乎相等，這樣，在受害網(wǎng)絡(luò)上的前向串?dāng)_信號(hào)由于極性相反，相互抵消，反向串?dāng)_極性相同，迭加增強(qiáng)。串?dāng)_分析的模式通常包括默認(rèn)模式，三態(tài)模式和最壞情況模式分析。默認(rèn)模式類似我們實(shí)際對(duì)串?dāng)_測(cè)試的方式，即侵害網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器由翻轉(zhuǎn)信號(hào)驅(qū)動(dòng)，受害網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器保持初始狀態(tài)(高電平或低電平)，然后計(jì)算串?dāng)_值。這種方式對(duì)于單向信號(hào)的串?dāng)_分析比較有效。三態(tài)模式是指侵害網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器由翻轉(zhuǎn)信號(hào)驅(qū)動(dòng)，受害的網(wǎng)絡(luò)的三態(tài)終端置為高阻狀態(tài)，來檢測(cè)串?dāng)_大小。這種方式對(duì)雙向或復(fù)雜拓樸網(wǎng)絡(luò)比較有效。最壞情況分析是指將受害網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動(dòng)器保持初始狀態(tài)，仿真器計(jì)算所有默認(rèn)侵害網(wǎng)絡(luò)對(duì)每一個(gè)受害網(wǎng)絡(luò)的串?dāng)_的總和。這種方式一般只對(duì)個(gè)別關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，因?yàn)橐?jì)算的組合太多，仿真速度比較慢。

72、導(dǎo)帶，即微帶線的地平面的鋪銅面積有規(guī)定嗎?

對(duì)于微波電路設(shè)計(jì)，地平面的面積對(duì)傳輸線的參數(shù)有影響。具體算法比較復(fù)雜(請(qǐng)參閱安杰倫的EESOFT 有關(guān)資料)。而一般 PCB 數(shù)字電路的傳輸線仿真計(jì)算而言，地平面面積對(duì)傳輸線參數(shù)沒有影響，或者說忽略影響。

73、在 EMC 測(cè)試中發(fā)現(xiàn)時(shí)鐘信號(hào)的諧波超標(biāo)十分嚴(yán)重，只是在電源引腳上連接去耦電容。在PCB 設(shè)計(jì)中需要注意哪些方面以抑止電磁輻射呢?

EMC 的三要素為輻射源，傳播途徑和受害體。傳播途徑分為空間輻射傳播和電纜傳導(dǎo)。所以要抑制諧波，首先看看它傳播的途徑。電源去耦是解決傳導(dǎo)方式傳播，此外，必要的匹配和屏蔽也是需要的。

74、采用 4 層板設(shè)計(jì)的產(chǎn)品中，為什么有些是雙面鋪地的，有些不是?

鋪地的作用有幾個(gè)方面的考慮：1，屏蔽;2，散熱;3，加固;4，PCB 工藝加工需要。所以不管幾層板鋪地，首先要看它的主要原因。 這里我們主要討論高速問題，所 以 主 要 說屏蔽作用。表面鋪地對(duì) EMC有好處，但是鋪銅要盡量完整，避免出現(xiàn)孤島。一般如果表層器件布線較多， 很難保證銅箔完整，還會(huì)帶來內(nèi)層信號(hào)跨分割問題。所以建議表層器件或走線多的板子，不鋪銅。

75、對(duì)于一組總線(地址，數(shù)據(jù)，命令)驅(qū)動(dòng)多個(gè)(多達(dá) 4，5 個(gè))設(shè)備(FLASH,SDRAM,其他外設(shè)...)的情況，在 PCB 布線時(shí)，采用那種方式?

布線拓?fù)鋵?duì)信號(hào)完整性的影響，主要反映在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上信號(hào)到達(dá)時(shí)刻不一致，反射信號(hào)同樣到達(dá)某節(jié)點(diǎn)的時(shí)刻不一致，所以造成信號(hào)質(zhì)量惡化。一般來講，星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以通過控制同樣長的幾個(gè) stub，使信號(hào)傳輸和反射時(shí)延一致，達(dá)到比較好的信號(hào)質(zhì)量。 在使用拓?fù)渲g，要考慮到信號(hào)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)情況、實(shí)際工作原理和布線難度。不同的 buffer，對(duì)于信號(hào)的反射影響也不一致，所以星型拓?fù)洳⒉荒芎芎媒鉀Q上述數(shù)據(jù)地址總線連接到 flash 和 sdram 的時(shí)延，進(jìn)而無法確保信號(hào)的質(zhì)量;另一方面，高速的信號(hào)一般在dsp 和 sdram 之間通信，flash 加載時(shí)的速率并不高，所以在高速仿真時(shí)只要確保實(shí)際高速信號(hào)有效工作的節(jié)點(diǎn)處的波形，而無需關(guān)注 flash 處波形;星型拓?fù)浔容^菊花鏈等拓?fù)鋪碇v，布線難度較大，尤其大量數(shù)據(jù)地址信號(hào)都采用星型拓?fù)鋾r(shí)。附圖是使用Hyperlynx 仿真數(shù)據(jù)信號(hào)在DDR——DSP——FLASH 拓?fù)溥B接，和 DDR——FLASH——DSP 連接時(shí)在 150MHz 時(shí)的仿真波形。 可以看到，第二種情形，DSP 處信號(hào)質(zhì)量更好，而 FLASH 處波形較差，而實(shí)際工作信號(hào)時(shí) DSP 和 DDR 處的波形。

76、頻率 30M 以上的 PCB，布線時(shí)使用自動(dòng)布線還是手動(dòng)布線;布線的軟件功能都一樣嗎?

是否高速信號(hào)是依據(jù)信號(hào)上升沿而不是絕對(duì)頻率或速度。自動(dòng)或手動(dòng)布線要看軟件布線功能的支持，有些布線手工可能會(huì)優(yōu)于自動(dòng)布線，但有些布線，例如查分布線，總線時(shí)延補(bǔ)償布線，自動(dòng)布線的效果和效率會(huì)遠(yuǎn)高于手工布線。一般 PCB 基材主要由樹脂和玻璃絲布混合構(gòu)成，由于比例不同，介電常數(shù)和厚度都不同。一般樹脂含量高的，介電常數(shù)越小，可以更薄。具體參數(shù)，可以向 PCB 生產(chǎn)廠家咨詢。另外，隨著新工藝出現(xiàn)，還有一些特殊材質(zhì)的 PCB 板提供給諸如超厚背板或低損耗射頻板需要。

77、在 PCB 設(shè)計(jì)中，通常將地線又分為保護(hù)地和信號(hào)地;電源地又分為數(shù)字地和模擬地，為什么要對(duì)地線進(jìn)行劃分?

劃分地的目的主要是出于 EMC 的考慮，擔(dān)心數(shù)字部分電源和地上的噪聲會(huì)對(duì)其他信號(hào)，特別是模擬信號(hào)通過傳導(dǎo)途徑有干擾。至于信號(hào)的和保護(hù)地的劃分，是因?yàn)?EMC 中 ESD 靜放電的考慮，類似于我們生活中避雷針接地的作用。無論怎樣分，最終的大地只有一個(gè)。只是噪聲瀉放途徑不同而已。

78、在布時(shí)鐘時(shí)，有必要兩邊加地線屏蔽嗎?

是否加屏蔽地線要根據(jù)板上的串?dāng)_/EMI 情況來決定，而且如對(duì)屏蔽地線的處理不好，有可能反而會(huì)使情況更糟。

79、布不同頻率的時(shí)鐘線時(shí)有什么相應(yīng)的對(duì)策?

對(duì)時(shí)鐘線的布線，最好是進(jìn)行信號(hào)完整性分析，制定相應(yīng)的布線規(guī)則，并根據(jù)這些規(guī)則來進(jìn)行布線。

80、PCB 單層板手工布線時(shí)，是放在頂層還是底層?

如果是頂層放器件，底層布線。

81、PCB 單層板手工布線時(shí)，跳線要如何表示?

跳線是 PCB 設(shè)計(jì)中特別的器件，只有兩個(gè)焊盤，距離可以定長的，也可以是可變長度的。手工布線時(shí)可根據(jù)需要添加。板上會(huì)有直聯(lián)機(jī)表示，料單中也會(huì)出現(xiàn)。

82、假設(shè)一片 4 層板,中間兩層是 VCC 和 GND，走線從 top 到 bottom，從 BOTTOM SIDE 流到TOP SIDE 的回流路徑是經(jīng)這個(gè)信號(hào)的 VIA 還是 POWER?

過孔上信號(hào)的回流路徑現(xiàn)在還沒有一個(gè)明確的說法，一般認(rèn)為回流信號(hào)會(huì)從周圍最近的接地或接電源的過孔處回流。一般 EDA 工具在仿真時(shí)都把過孔當(dāng)作一個(gè)固定集總參數(shù)的 RLC 網(wǎng)絡(luò)處理，事實(shí)上是取一個(gè)最壞情況的估計(jì)。

83、“進(jìn)行信號(hào)完整性分析，制定相應(yīng)的布線規(guī)則，并根據(jù)這些規(guī)則來進(jìn)行布線”，此句如何理解?

前仿真分析，可以得到一系列實(shí)現(xiàn)信號(hào)完整性的布局、布線策略。通常這些策略會(huì)轉(zhuǎn)化成一些物理規(guī)則，約束 PCB 的布局和布線。通常的規(guī)則有拓?fù)湟?guī)則，長度規(guī)則，阻抗規(guī)則，并行間距和并行長度規(guī)則等等。PCB 工具可以在這些約束下，完成布線。當(dāng)然，完成的效果如何，還需要經(jīng)過后仿真驗(yàn)證才知道。此外，Mentor 提供的 ICX 支持互聯(lián)綜合，一邊布線，一邊仿真，實(shí)現(xiàn)一次通過。

84、怎樣選擇 PCB 的軟件?

選擇 PCB 的軟件，根據(jù)自己的需求。市面提供的高級(jí)軟件很多，關(guān)鍵看看是否適合您設(shè)計(jì)能力，設(shè)計(jì)規(guī)模和設(shè)計(jì)約束的要求。刀快了好上手，太快會(huì)傷手。找個(gè) EDA 廠商，請(qǐng)過去做個(gè)產(chǎn)品介紹，大家坐下來聊聊，不管買不買，都會(huì)有收獲。

85、關(guān)于碎銅、浮銅的概念該怎么理解呢?

從 PCB 加工角度，一般將面積小于某個(gè)單位面積的銅箔叫碎銅，這些太小面積的銅箔會(huì)在加工時(shí)，由于蝕刻誤差導(dǎo)致問題。從電氣角度來講，將沒有合任何直流網(wǎng)絡(luò)連結(jié)的銅箔叫浮銅，浮銅會(huì)由于周圍信號(hào)影響，產(chǎn)生天線效應(yīng)。浮銅可能會(huì)是碎銅，也可能是大面積的銅箔。

86、近端串?dāng)_和遠(yuǎn)程串?dāng)_與信號(hào)的頻率和信號(hào)的上升時(shí)間是否有關(guān)系?是否會(huì)隨著它們變化而變化?如果有關(guān)系，能否有公式說明它們之間的關(guān)系?

應(yīng)該說侵害網(wǎng)絡(luò)對(duì)受害網(wǎng)絡(luò)造成的串?dāng)_與信號(hào)變化沿有關(guān)，變化越快，引起的串?dāng)_越大，(V=L*di/dt)。串?dāng)_對(duì)受害網(wǎng)絡(luò)上數(shù)字信號(hào)的判決影響則與信號(hào)頻率有關(guān)，頻率越快，影響越大。

87、在 PROTEL 中如何畫綁定 IC?

具體講，在 PCB 中使用機(jī)械層畫邦定圖，IC 襯底襯根據(jù) IC SPEC.決定接 vccgndfloat，用機(jī)械層 print bonding drawing 即可。

88、用 PROTEL 繪制原理圖，制板時(shí)產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)表始終有錯(cuò)，無法自動(dòng)產(chǎn)生 PCB 板，原因是什么?

可以根據(jù)原理圖對(duì)生成的網(wǎng)絡(luò)表進(jìn)行手工編輯, 檢查通過后即可自動(dòng)布線。用 制 板 軟件自動(dòng)布局和布線的板面都不十分理想。網(wǎng)絡(luò)表錯(cuò)誤可能是沒有指定原理圖中組件封裝;也可能是布電路板的庫中沒有包含指定原理圖中全部組件封裝。如果是單面板就不要用自動(dòng)布線，雙面板就可以用自動(dòng)布線。也可以對(duì)電源和重要的信號(hào)線手動(dòng)，其他的自動(dòng)。

89、PCB 與 PCB 的連接，通?？拷硬邋兘鸹蜚y的“手指”實(shí)現(xiàn)，如果“手指”與插座間接觸不良怎么辦?

如果是清潔問題，可用專用的電器觸點(diǎn)清潔劑清洗，或用寫字用的橡皮擦清潔 PCB。還要考慮 1、金手指是否太薄，焊盤是否和插座不吻合;2、插座是否進(jìn)了松香水或雜質(zhì);3、插座的質(zhì)量是否可靠。

90、如何用 powerPCB 設(shè)定 4 層板的層?

可以將層定義設(shè)為 1:no plane+ component(top route) 2:cam plane 或 split/mixed (GND) 3:cam plane 或split/mixed (power) 4:no plane+component(如果單面放組件可以定義為 no plane+route) 注意: cam plane 生成電源和地層是負(fù)片,并且不能在該層走線,而 split/mixed 生成的是正片,而且該層可以作為電源或地,也可以在該層走線(部推薦在電源層和地層走線,因?yàn)檫@樣會(huì)破壞該層的完整性, 可能造成 EMI 的問題) 。將電源網(wǎng)絡(luò)(如 3.3V,5V 等)在 2 層的 assign 中由左邊列表添加到右邊列表,這樣就完成了層定義.

91、PCB 中各層的含義是什么?

Mechanical 機(jī)械層：定義整個(gè) PCB 板的外觀，即整個(gè) PCB 板的外形結(jié)構(gòu)。Keepoutlayer 禁止布線層：定義在布電氣特性的銅一側(cè)的邊界。也就是說先定義了禁止布線層后，在以后的布過程中，所布的具有電氣特性的線不可以超出禁止布線層的邊界。Topoverlay 頂層絲印層 Bottomoverlay 底層絲印層：定義頂層和底的絲印字符，就是一般在 PCB 板上看到的組件編號(hào)和一些字符。 Toppaste 頂層焊盤層 Bottompaste 底層焊盤層：指我們可以看到的露在外面的銅鉑。Topsolder 頂層阻焊層 Bottomsolder 底層阻焊層：與 toppaste 和 bottompaste 兩層相反，是要蓋綠油的層。Drillguide 過孔引導(dǎo)層： Drilldrawing 過孔鉆孔層： Multiplayer 多層：指 PCB 板的所有層。