PCB设计技巧百问解答题qqa.docx
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1、PCB设设计技巧巧百问解解答1、如何何选择PCB板材?选择PCB板材必须须在满足足设计需需求和可可量产性性及成本本中间取取得平衡衡点。设设计需求求包含电电气和机机构这两两部分。通通常在设设计非常常高速的的PCB板子(大于GHz的频率)时这材材质问题题会比较较重要。例例如,现现在常用用的FR-4材质,在在几个GHz的频率率时的介介质损(diieleectrric losss)会对信信号衰减减有很大大的影响响,可能能就不合合用。就就电气而而言,要要注意介介电常数数(diieleectrric connstaant)和介质损损在所设设计的频频率是否否合用。2、如何何避免高高频干扰扰?避免免高频干干扰
2、的基基本思路路是尽量量降低高高频信号号电磁场场的干扰扰,也就就是所谓谓的串扰扰(Crrossstallk)。可用拉拉大高速速信号和和模拟信信号之间间的距离离,或加加grooundd guuardd/shhuntt trracees在模拟拟信号旁旁边。还还要注意意数字地地对模拟拟地的噪噪声干扰扰。3、在高高速设计计中,如如何解决决信号的的完整性性问题?信号完完整性基基本上是是阻抗匹匹配的问问题。而而影响阻阻抗匹配配的因素素有信号号源的架架构和输输出阻抗抗(ouutpuut iimpeedannce),走线线的特性性阻抗,负负载端的的特性,走走线的拓拓朴(toppoloogy)架构等等。解决决的方
3、式式是靠端端接(ttermminaatioon)与调整整走线的的拓朴。4、差分分布线方方式是如如何实现现的?差差分对的的布线有有两点要要注意,一是两条条线的长长度要尽尽量一样样长,另另一是两两线的间间距(此间距距由差分分阻抗决决定)要一直直保持不不变,也也就是要要保持平平行。平平行的方方式有两两种,一一为两条条线走在在同一走走线层(siide-by-sidde),一为为两条线线走在上上下相邻邻两层(ovver-undder)。一般般以前者者sidde-bby-ssidee实现的的方式较较多。5、对于于只有一一个输出出端的时时钟信号号线,如如何实现现差分布布线?要要用差分分布线一一定是信信号源和
4、和接收端端也都是是差分信信号才有有意义。所所以对只只有一个个输出端端的时钟钟信号是是无法使使用差分分布线的的。6、接收收端差分分线对之之间可否否加一匹匹配电阻阻?接收收端差分分线对间间的匹配电阻通通常会加加,其值应应等于差差分阻抗抗的值。这这样信号号品质会会好些。7、为何何差分对对的布线线要靠近近且平行行?对差差分对的的布线方方式应该该要适当当的靠近近且平行行。所谓谓适当的的靠近是是因为这这间距会会影响到到差分阻阻抗(diiffeerenntiaal iimpeedannce)的值,此值是是设计差差分对的的重要参参数。需需要平行行也是因因为要保保持差分分阻抗的的一致性性。若两两线忽远远忽近,差
5、分阻阻抗就会会不一致致,就会影影响信号号完整性性(siignaal iinteegriity)及时间间延迟(tiiminng ddelaay)。8、如何何处理实实际布线线中的一一些理论论冲突的的问题11.基本本上,将模/数地分分割隔离离是对的的。要注意意的是信信号走线线尽量不不要跨过过有分割割的地方方(mooat),还有有不要让让电源和和信号的的回流电电流路径径(reeturrninng ccurrrentt paath)变太大大。 2.晶振是是模拟的的正反馈馈振荡电电路,要有稳稳定的振振荡信号号,必须满满足looop ggainn与phaase的规范,而这模模拟信号号的振荡荡规范很很容易受受
6、到干扰扰,即使加grooundd guuardd trracees可能也也无法完完全隔离离干扰。而且离离的太远远,地平面面上的噪噪声也会会影响正正反馈振振荡电路路。所以,一定要要将晶振振和芯片片的距离离进可能能靠近。 3.确实高高速布线线与EMI的要求求有很多多冲突。但基本本原则是是因EMI所加的的电阻电电容或ferrritte bbeadd,不能能造成信信号的一一些电气气特性不不符合规规范。所以,最好先先用安排排走线和和PCB叠层的的技巧来来解决或或减少EMI的问题,如高速速信号走走内层。最后才才用电阻阻电容或或ferrritte bbeadd的方式,以降低低对信号号的伤害害。9、如何何解决
7、高高速信号号的手工工布线和和自动布布线之间间的矛盾盾?现在在较强的的布线软软件的自自动布线线器大部部分都有有设定约约束条件件来控制制绕线方方式及过过孔数目目。各家EDA公司的绕线引引擎能力力和约束束条件的的设定项项目有时时相差甚甚远。例如,是否有有足够的约束条件件控制蛇蛇行线(seerpeentiine)蜿蜒的的方式,能否控控制差分分对的走走线间距距等。这会影影响到自自动布线线出来的的走线方方式是否否能符合合设计者者的想法法。另外,手动调调整布线线的难易易也与绕绕线引擎擎的能力力有绝对对的关系系。例如,走线的的推挤能能力,过孔的的推挤能能力,甚至走走线对敷敷铜的推推挤能力力等等。所以,选择一一
8、个绕线线引擎能能力强的的布线器器,才是解解决之道道。10、关关于tesst ccouppon。tesst ccouppon是用来来以TDRR (TTimee Doomaiin RRefllecttomeeterr)测量量所生产产的PCB板的特特性阻抗抗是否满满足设计需求。一般要控控制的阻阻抗有单单根线和和差分对对两种情情况。所以, teest couuponn上的走走线线宽宽和线距距(有差分分对时)要与所所要控制制的线一一样。最重要要的是测测量时接接地点的的位置。为了减减少接地地引线(grrounnd lleadd)的电感感值, TDDR探棒(prrobee)接地的的地方通通常非常常接近量量信
9、号的的地方(prrobee tiip),所以, teest couuponn上量测测信号的的点跟接接地点的的距离和和方式要要符合所所用的探探棒。详详情参考考如下链链接1. m/deesiggn/cchippsetts/aappllnots/pcdd_prres3399.pdff2. (点选Apppliccatiion nottes) 11、在在高速PCB设计中中,信号号层的空空白区域域可以敷敷铜,而而多个信信号层的的敷铜在在接地和和接电源源上应如如何分配配?一般般在空白白区域的的敷铜绝绝大部分分情况是是接地。只是在在高速信信号线旁旁敷铜时时要注意意敷铜与与信号线线的距离离,因为所所敷的铜铜会降
10、低低一点走走线的特特性阻抗抗。也要注注意不要要影响到到它层的的特性阻阻抗,例如在duaal sstriipliine的结构构时。12、是是否可以以把电源源平面上面面的信号号线使用用微带线线模型计计算特性性阻抗?电源和和地平面面之间的的信号是是否可以以使用带带状线模模型计算算?是的的,在计算算特性阻阻抗时电电源平面面跟地平平面都必必须视为为参考平平面。例如四四层板:顶层-电源层-地层-底层,这时顶顶层走线线特性阻阻抗的模模型是以以电源平平面为参参考平面面的微带带线模型型。13、在在高密度度印制板板上通过过软件自自动产生生测试点点一般情情况下能能满足大大批量生生产的测测试要求求吗?一一般软件件自动
11、产产生测试试点是否满满足测试试需求必必须看对对加测试试点的规规范是否否符合测测试机具具的要求求。另外外,如果果走线太太密且加加测试点点的规范范比较严严,则有有可能没没办法自自动对每每段线都都加上测测试点,当当然,需需要手动动补齐所所要测试试的地方方。14、添添加测试试点会不不会影响响高速信信号的质质量?至至于会不不会影响响信号质质量就要要看加测测试点的的方式和和信号到到底多快快而定。基基本上外外加的测测试点(不用线线上既有有的穿孔孔(viia oor DDIP pinn)当测试试点)可能加加在线上上或是从从线上拉拉一小段段线出来来。前者者相当于于是加上上一个很很小的电电容在线线上,后后者则是是
12、多了一一段分支支。这两两个情况况都会对对高速信信号多多多少少会会有点影影响,影影响的程程度就跟跟信号的的频率速速度和信信号缘变变化率(eddge ratte)有关。影影响大小小可透过过仿真得得知。原原则上测测试点越越小越好好(当然还还要满足足测试机机具的要要求)分支越越短越好好。15、若若干PCB组成系系统,各各板之间间的地线线应如何何连接?各个PCB板子相相互连接接之间的的信号或或电源在在动作时时,例如如A板子有有电源或或信号送送到B板子,一一定会有有等量的的电流从从地层流流回到A板子(此为Kirrchooff currrennt llaw)。这地地层上的的电流会会找阻抗抗最小的的地方流流回
13、去。所所以,在在各个不不管是电电源或信信号相互互连接的的接口处处,分配配给地层层的管脚脚数不能能太少,以以降低阻阻抗,这这样可以以降低地地层上的的噪声。另另外,也也可以分分析整个个电流环环路,尤尤其是电电流较大大的部分分,调整整地层或或地线的的接法,来来控制电电流的走走法(例如,在在某处制制造低阻阻抗,让大部部分的电电流从这这个地方方走),降低低对其它它较敏感感信号的的影响。16、能能介绍一一些国外外关于高高速PCB设计的的技术书书籍和资资料吗?现在高高速数字字电路的的应用有有通信网网路和计计算机等等相关领领域。在在通信网网路方面面,PCB板的工工作频率率已达GHz上下,迭迭层数就就我所知知有
14、到40层之多多。计算算机相关关应用也也因为芯芯片的进进步,无无论是一一般的PC或服务务器(Seerveer),板子子上的最最高工作作频率也也已经达达到400MMHz (如Rammbuss)以上上。因应应这高速速高密度度走线需需求,盲盲埋孔(bllindd/buurieed vviass)、mirrcrooviaas及buiild-up制程工艺的的需求也也渐渐越越来越多多。这些设设计需求求都有厂厂商可大大量生产产。以下提提供几本本不错的的技术书书籍: 1.Howwardd W. Joohnsson,“Higgh-SSpeeed DDigiitall Deesiggn A Hanndboook o
15、f Blaack Maggic”; 2.Steepheen HH. HHalll,“Higgh-SSpeeed DDigiitall Syysteem DDesiign”; 3.Briian Yanng,“Diggitaal SSignnal Inttegrrityy”;4.DDoogglass Brrookk,“Inttegrrityy Isssuees aandpprinntedd Ciircuuit Boaard Dessignn”。17、两两个常被被参考的的特性阻阻抗公式式:a.微带线(miicroostrrip) Z=877/ssqrtt(Err+1.41)lln55.988H/(0
16、.88W+TT)其其中,W为线宽宽,T为走线线的铜皮皮厚度,H为走线线到参考考平面的的距离,Er是PCB板材质质的介电电常数(diieleectrric connstaant)。此公公式必须须在0.11(WW/H)2.0及1(Er)155的情况况才能应应用。 b.带状线(strripllinee) ZZ=660/ssqrtt(Err)lln44H/0.667(T+0.88W)其中中,H为两参参考平面面的距离离,并且且走线位位于两参参考平面面的中间间。此公公式必须须在W/HH0.35及T/HH1000MHHz)高密密度PCB设计中中的技巧巧?在设计计高速高高密度PCB时,串串扰(crrossst
17、allk iinteerfeerennce)确实是是要特别别注意的的,因为为它对时时序(tiiminng)与信号完整性(siignaal iinteegriity)有很大大的影响响。以下下提供几几个注意意的地方方: 1.控制走走线特性性阻抗的的连续与与匹配。 2.走线间间距的大大小。一一般常看看到的间间距为两两倍线宽宽。可以以透过仿仿真来知知道走线线间距对对时序及及信号完完整性的的影响,找找出可容容忍的最最小间距距。不同同芯片信信号的结结果可能能不同。 3.选择适适当的端端接方式式。 4.避免上上下相邻邻两层的的走线方方向相同同,甚至至有走线线正好上上下重迭迭在一起起,因为为这种串串扰比同同层
18、相邻邻走线的的情形还还大。 5.利用盲盲埋孔(bllindd/buurieed vvia)来增加加走线面面积。但但是PCB板的制制作成本本会增加加。在实际际执行时时确实很难难达到完全全平行与与等长,不不过还是是要尽量量做到。除除此以外外,可以以预留差差分端接接和共模模端接,以以缓和对对时序与与信号完完整性的的影响。23、模模拟电源源处的滤滤波经常常是用LC电路。但但是为什什么有时时LC比RC滤波效效果差?LC与RC滤波效效果的比比较必须须考虑所所要滤掉掉的频带带与电感感值的选选择是否否恰当。因为电电感的感感抗(reeacttancce)大小与与电感值值和频率率有关。如如果电源源的噪声声频率较较
19、低,而而电感值值又不够够大,这这时滤波波效果可可能不如如RC。但是是,使用用RC滤波要要付出的的代价是是电阻本本身会耗耗能,效效率较差差,且要要注意所所选电阻阻能承受受的功率率。24、滤滤波时选选用电感,电容容值的方法是是什么?电感值值的选用用除了考考虑所想想滤掉的的噪声频频率外,还还要考虑虑瞬时电电流的反反应能力力。如果果LC的输出出端会有有机会需需要瞬间间输出大大电流,则则电感值值太大会会阻碍此此大电流流流经此此电感的的速度,增增加纹波波噪声(riipplle nnoisse)。电容值值则和所所能容忍忍的纹波波噪声规规范值的的大小有有关。纹纹波噪声声值要求求越小,电电容值会会较大。而而电容
20、的的ESRR/ESSL也会有有影响。另外,如如果这LC是放在开开关式电电源(swwitcchinng rreguulattionn poowerr)的输出出端时,还还要注意意此LC所产生生的极点点零点(poole/zerro)对负反反馈控制制(negaativve ffeeddbacck cconttroll)回路稳稳定度的的影响。25、如如何尽可可能的达达到EMC要求,又又不致造造成太大大的成本本压力?PCB板上会会因EMC而增加加的成本本通常是是因增加加地层数数目以增增强屏蔽蔽效应及及增加了了ferrritte bbeadd、chooke等抑制制高频谐谐波器件件的缘故故。除此此之外,通通常
21、还是是需搭配配其它机机构上的的屏蔽结结构才能能使整个个系统通通过EMC的要求求。以下下仅就PCB板的设计计技巧提提供几个个降低电电路产生生的电磁磁辐射效效应。1、尽可可能选用用信号斜斜率(sllew ratte)较慢的的器件,以以降低信信号所产产生的高高频成分分。2、注意意高频器器件摆放的位位置,不要太太靠近对对外的连连接器。3、注意意高速信信号的阻阻抗匹配配,走线线层及其其回流电电流路径径(reeturrn ccurrrentt paath),以减少少高频的的反射与与辐射。4、在各各器件的的电源管管脚放置置足够与与适当的的去耦合合电容以以缓和电电源层和和地层上上的噪声声。特别别注意电电容的频
22、频率响应应与温度度的特性性是否符符合设计计所需。5、对外外的连接接器附近近的地可可与地层层做适当当分割,并并将连接接器的地地就近接接到chaassiis ggrouund。6、可适适当运用用grooundd guuardd/shhuntt trracees在一些些特别高高速的信信号旁。但但要注意意guaard/shuunt tracees对走线特特性阻抗抗的影响响。7、电源源层比地地层内缩缩20H,H为电源源层与地地层之间间的距离离。26、当当一块PCB板中有有多个数数/模功能能块时,常常规做法法是要将将数/模地分分开,原原因何在在?将数/模地分分开的原原因是因因为数字字电路在在高低电电位切换
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