PCB的設(shè)計基礎(chǔ)介紹

71、PCB 設(shè)計中，如何避免串?dāng)_?

變化的信號(例如階躍信號)沿傳輸線由 A 到 B 傳播，傳輸線 C-D 上會產(chǎn)生耦合信號，變化的信號一旦結(jié)束也就是信號恢復(fù)到穩(wěn)定的直流電平時，耦合信號也就不存在了，因此串?dāng)_僅發(fā)生在信號跳變的過程當(dāng)中，并且信號沿的變化(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)_信號在受害網(wǎng)絡(luò)上可以分成前向串?dāng)_和反向串?dāng)_Sc，這個兩個信號極性相同;由耦合電感產(chǎn)生的串?dāng)_信號也分成前向串?dāng)_和反向串?dāng)_ SL，這兩個信號極性相反。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)_信號由于極性相反，相互抵消，反向串?dāng)_極性相同，迭加增強。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)模式類似我們實際對串?dāng)_測試的方式，即侵害網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動器由翻轉(zhuǎn)信號驅(qū)動，受害網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動器保持初始狀態(tài)(高電平或低電平)，然后計算串?dāng)_值。這種方式對于單向信號的串?dāng)_分析比較有效。三態(tài)模式是指侵害網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動器由翻轉(zhuǎn)信號驅(qū)動，受害的網(wǎng)絡(luò)的三態(tài)終端置為高阻狀態(tài)，來檢測串?dāng)_大小。這種方式對雙向或復(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)動器保持初始狀態(tài)，仿真器計算所有默認(rèn)侵害網(wǎng)絡(luò)對每一個受害網(wǎng)絡(luò)的串?dāng)_的總和。這種方式一般只對個別關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)進行分析，因為要計算的組合太多，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?

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

73、在 EMC 測試中發(fā)現(xiàn)時鐘信號的諧波超標(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 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，還會帶來內(nèi)層信號跨分割問題。所以建議表層器件或走線多的板子，不鋪銅。

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

布線拓?fù)鋵π盘柾暾缘挠绊?，主要反映在各個節(jié)點上信號到達時刻不一致，反射信號同樣到達某節(jié)點的時刻不一致，所以造成信號質(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 stub，使信號傳輸和反射時延一致，達到比較好的信號質(zhì)量。 在使用拓?fù)渲g，要考慮到信號拓?fù)涔?jié)點情況、實際工作原理和布線難度。不同的 buffer，對于信號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 的時延，進而無法確保信號的質(zhì)量;另一方面，高速的信號一般在dsp 和 sdram 之間通信，flash 加載時的速率并不高，所以在高速仿真時只要確保實際高速信號有效工作的節(jié)點處的波形，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)地址信號都采用星型拓?fù)鋾r。附圖是使用Hyperlynx 仿真數(shù)據(jù)信號在DDR——DSP——FLASH 拓?fù)溥B接，和 DDR——FLASH——DSP 連接時在 150MHz 時的仿真波形。 可以看到，第二種情形，DSP 處信號質(zhì)量更好，而 FLASH 處波形較差，而實際工作信號時 DSP 和 DDR 處的波形。

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

是否高速信號是依據(jù)信號上升沿而不是絕對頻率或速度。自動或手動布線要看軟件布線功能的支持，有些布線手工可能會優(yōu)于自動布線，但有些布線，例如查分布線，總線時延補償布線，自動布線的效果和效率會遠(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)計中，通常將地線又分為保護地和信號地;電源地又分為數(shù)字地和模擬地，為什么要對地線進行劃分?

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對其他信號，特別是模擬信號通過傳導(dǎo)途徑有干擾。至于信號的和保護地的劃分，是因為 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。只是噪聲瀉放途徑不同而已。

78、在布時鐘時，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，而且如對屏蔽地線的處理不好，有可能反而會使情況更糟。

79、布不同頻率的時鐘線時有什么相應(yīng)的對策?

對時鐘線的布線，最好是進行信號完整性分析，制定相應(yīng)的布線規(guī)則，并根據(jù)這些規(guī)則來進行布線。

80、PCB 單層板手工布線時，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，跳線要如何表示?

跳線是 PCB 設(shè)計中特別的器件，只有兩個焊盤，距離可以定長的，也可以是可變長度的。手工布線時可根據(jù)需要添加。板上會有直聯(lián)機表示，料單中也會出現(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)這個信號的 VIA 還是 POWER?

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

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

前仿真分析，可以得到一系列實現(xiàn)信號完整性的布局、布線策略。通常這些策略會轉(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。市面提供的高級軟件很多，關(guān)鍵看看是否適合您設(shè)計能力，設(shè)計規(guī)模和設(shè)計約束的要求。刀快了好上手，太快會傷手。找個 EDA 廠商，請過去做個產(chǎn)品介紹，大家坐下來聊聊，不管買不買，都會有收獲。

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單位面積的銅箔叫碎銅，這些太小面積的銅箔會在加工時，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，浮銅會由于周圍信號影響，產(chǎn)生天線效應(yīng)。浮銅可能會是碎銅，也可能是大面積的銅箔。

86、近端串?dāng)_和遠(yuǎn)程串?dāng)_與信號的頻率和信號的上升時間是否有關(guān)系?是否會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)對受害網(wǎng)絡(luò)造成的串?dāng)_與信號變化沿有關(guān)，變化越快，引起的串?dāng)_越大，(V=L*di/dt)。串?dāng)_對受害網(wǎng)絡(luò)上數(shù)字信號的判決影響則與信號頻率有關(guān)，頻率越快，影響越大。

87、在 PROTEL 中如何畫綁定 IC?

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

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

可以根據(jù)原理圖對生成的網(wǎng)絡(luò)表進行手工編輯, 檢查通過后即可自動布線。用 制 板 軟件自動布局和布線的板面都不十分理想。網(wǎng)絡(luò)表錯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布線，雙面板就可以用自動布線。也可以對電源和重要的信號線手動，其他的自動。

89、PCB 與 PCB 的連接，通?？拷硬邋兘鸹蜚y的“手指”實現(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,因為這樣會破壞該層的完整性, 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 機械層：定義整個 PCB 板的外觀，即整個 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。