PCB设计技巧百问解答qpz.docx
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1、PCB设设计技巧巧百问1、如何何选择PPCB板板材?选择PCCB板材材必须在在满足设设计需求求和可量量产性及及成本中中间取得得平衡点点。设计计需求包包含电气气和机构构这两部部分。通通常在设设计非常常高速的的PCBB板子(大于GGHz的的频率)时这材材质问题题会比较较重要。例例如,现现在常用用的FRR-4材材质,在在几个GGHz的的频率时时的介质质损(ddiellecttricclosss)会会对信号号衰减有有很大的的影响,可可能就不不合用。就就电气而而言,要要注意介介电常数数(diieleectrric connstaant)和介质质损在所所设计的的频率是是否合用用。2、如何何避免高高频干扰扰
2、?避免高频频干扰的的基本思思路是尽尽量降低低高频信信号电磁磁场的干干扰,也也就是所所谓的串串扰(CCrossstaalk)。可用用拉大高高速信号号和模拟拟信号之之间的距距离,或或加grrounndguuardd/shhuntt trracees在模模拟信号号旁边。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?信号完整整性基本本上是阻阻抗匹配配的问题题。而影影响阻抗抗匹配的的因素有有信号源源的架构构和输出出阻抗(outtputtimppedaancee),走走线的特特性阻抗抗,负载载端的特特性,走走线的拓拓朴(ttopoologgy)架架构
3、等。解解决的方方式是靠靠端接(terrminnatiion)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?差分对的的布线有有两点要要注意,一一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(此此间距由由差分阻阻抗决定定)要一一直保持持不变,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(sidde-bby-ssidee),一一为两条条线走在在上下相相邻两层层(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?要用差分分布线
4、一一定是信信号源和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?接收端差差分线对对间的匹匹配电阻阻通常会会加, 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?对差分对对的布线线方式应应该要适适当的靠靠近且平平行。所所谓适当当的靠近近是因为为这间距距会影响响到差分分阻抗(diffferrenttiall immpeddancce)的的值,此此值是设设计差分分对的重重要参数数。需要要平行也也是因为为要保持持差分阻阻抗的一一致性。若
5、若两线忽忽远忽近近, 差差分阻抗抗就会不不一致, 就会会影响信信号完整整性(ssignnaliinteegriity)及时间间延迟(timmingg deelayy)。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1. 基基本上, 将模模/数地地分割隔隔离是对对的。 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), 还还有不要要让电源源和信号号的回流流电流路路径(rretuurniingccurrrentt paath)变太大大。2. 晶晶振是模模拟的正正反馈振振荡电路路, 要要有稳定定的振荡荡信号, 必须须满足lloopp gaain与与phaase的的规范,
6、 而这这模拟信信号的振振荡规范范很容易易受到干干扰,即即使加ggrouund guaard traacess可能也也无法完完全隔离离干扰。 而且离离的太远远, 地地平面上上的噪声声也会影影响正反反馈振荡荡电路。 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. 确确实高速速布线与与EMII的要求求有很多多冲突。 但基本本原则是是因EMMI所加加的电阻阻电容或或ferrritte bbeadd, 不不能造成成信号的的一些电电气特性性不符合合规范。所以, 最好先用安排走线和PCB叠层的技巧来解决或减少EMI的问题, 如高速信号走内层。 最后才用电阻电容或ferrite bead的方式,以降
7、低对信号的伤害。9、如何何解决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?现在较强强的布线线软件的的自动布布线器大大部分都都有设定定约束条条件来控控制绕线线方式及及过孔数数目。 各家EEDA公公司的绕绕线引擎擎能力和和约束条条件的设设定项目目有时相相差甚远远。 例例如,是是否有足足够的约约束条件件控制蛇蛇行线(serrpenntinne)蜿蜿蜒的方方式, 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。另外外, 手手动调整整布线的的难易也也与绕线线引擎的的能力有有绝对的的关系。 例如, 走线线的推挤挤能力, 过孔孔的推挤
8、挤能力, 甚至至走线对对敷铜的的推挤能能力等等等。 所所以,选选择一个个绕线引引擎能力力强的布布线器, 才是是解决之之道。10、关关于teest couuponn。testt cooupoon是用用来以TTDR (Tiime Dommainn Reefleectoometter) 测量量所生产产的PCCB板的的特性阻阻抗是否否满足设设计需求求。一般般要控制制的阻抗抗有单根根线和差差分对两两种情况况。 所所以, tesst ccouppon上上的走线线线宽和和线距(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。为了减少接地引线(ground lead)的电感值
9、, TDR探棒(probe)接地的地方通常非常接近量信号的地方(probe tip), 所以, testcoupon上量测信号的点跟接地点的距离和方式要符合所用的探棒。详情参考如下链接1. 22. (点选选Apppliccatiion nottes)11、在在高速PPCB设设计中,信信号层的的空白区区域可以以敷铜,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?一般在空空白区域域的敷铜铜绝大部部分情况况是接地地。 只只是在高高速信号号线旁敷敷铜时要要注意敷敷铜与信信号线的的距离, 因为所所敷的铜铜会降低低一点走走线的特特性阻抗抗。也要要注意不不要影响响到它层层的特性性阻抗, 例如
10、在在duaal sstriipliine的的结构时时。12、是是否可以以把电源源平面上上面的信信号线使使用微带带线模型型计算特特性阻抗抗?电源源和地平平面之间间的信号号是否可可以使用用带状线线模型计计算?是的, 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: 顶层层-电源源层-地地层-底底层,这这时顶层层走线特特性阻抗抗的模型型是以电电源平面面为参考考平面的的微带线线模型。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?一般软件件自动产产生测试试点是否否满足测测试需求求必须看看对加测测试点的的规
11、范是是否符合合测试机机具的要要求。另另外,如如果走线线太密且且加测试试点的规规范比较较严,则则有可能能没办法法自动对对每段线线都加上上测试点点,当然然,需要要手动补补齐所要要测试的的地方。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 DDIPppin)当测试试点)可可能加在在线上或或是从线线上拉一一小段线线出来。前前者相当当于是加加上一个个很小的的电容在在线上,后后者则是是多了一一段分支支。这两两个情况况都会对对高速信信号多多多少少会会有
12、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(edggeraate)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(当然然还要满满足测试试机具的的要求)分支越越短越好好。15、若若干PCCB组成成系统,各各板之间间的地线线应如何何连接?各个PCCB板子子相互连连接之间间的信号号或电源源在动作作时,例例如A板板子有电电源或信信号送到到B板子子,一定定会有等等量的电电流从地地层流回回到A板板子 (此为KKircchofff ccurrrenttlaww)。这这地层上上的电流流会找阻阻抗最小小的地方方流回去去。所以以,在各各个不管管是电源源或信号号相互连连接
13、的接接口处,分分配给地地层的管管脚数不不能太少少,以降降低阻抗抗,这样样可以降降低地层层上的噪噪声。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(例例如,在在某处制制造低阻阻抗,让让大部分分的电流流从这个个地方走走),降降低对其其它较敏敏感信号号的影响响。16、能能介绍一一些国外外关于高高速PCCB设计计的技术术书籍和和资料吗吗?现在高速速数字电电路的应应用有通通信网路路和计算算机等相相关领域域。在通通信网路路方面,PPCB板板的工作作频率已已达GHHz上下下,迭层层数就我我所知有有到400层之多多。计算算机相关关应用
14、也也因为芯芯片的进进步,无无论是一一般的PPC或服服务器(Serrverr),板板子上的的最高工工作频率率也已经经达到4400MMHz(如Raambuus) 以上。因因应这高高速高密密度走线线需求,盲盲埋孔(bliind/burrieddviaas)、mmirccrovviass及buuildd-upp制程工工艺的需需求也渐渐渐越来来越多。 这些设设计需求求都有厂厂商可大大量生产产。以下提供供几本不不错的技技术书籍籍:1.Hoowarrd WW. JJohnnsonn,“Higgh-SSpeeed DDigiitall Deesiggn A Hanndboook of Blaack Maggi
15、c”;2.Sttephhen H. Halll,“Higgh-SSpeeed DDigiitall Syysteem DDesiign”;3.Brriann Yaang,“Digital Signal Integrity”;4.Dooogllas Broook,“Integrity Issues and printed Circuit Board Design”。17、两两个常被被参考的的特性阻阻抗公式式:a.微带带线(mmicrrosttripp)Z=887/sqrrt(EEr+11.411)ln5.998H/(0.8W+T) 其中中,W为为线宽,TT为走线线的铜皮皮厚度,HH为走线线到参考
16、考平面的的距离,EEr是PPCB板板材质的的介电常常数(ddiellecttriccconnstaant)。此公公式必须须在0.1(W/HH)22.0及及1(Er)155的情况况才能应应用。b.带状状线(sstriipliine)Z=660/ssqrtt(Err)lln44H/0.667(T+00.8WW) 其中中,H为为两参考考平面的的距离,并并且走线线位于两两参考平平面的中中间。此此公式必必须在WW/H0.335及TT/H1000MHzz)高密密度PCCB设计计中的技技巧?在设计高高速高密密度PCCB时,串串扰(ccrossstaalk intterffereencee)确实实是要特特别注
17、意意的,因因为它对对时序(timmingg)与信信号完整整性(ssignnaliinteegriity)有很大大的影响响。以下下提供几几个注意意的地方方:1.控制制走线特特性阻抗抗的连续续与匹配配。2.走线线间距的的大小。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.选择择适当的的端接方方式。4.避免免上下相相邻两层层的走线线方向相相同,甚甚至有走走线正好好上下重重迭在一一起,因因为这种种串扰比比同层相相邻走线线的情形形还大。5.利用用盲埋孔孔(bllindd/bu
18、urieed vvia)来增加加走线面面积。但但是PCCB板的的制作成成本会增增加。在实际执执行时确确实很难难达到完完全平行行与等长长,不过过还是要要尽量做做到。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LLC电路路。但是是为什么么有时LLC比RRC滤波波效果差差? LC与RRC滤波波效果的的比较必必须考虑虑所要滤滤掉的频频带与电电感值的的选择是是否恰当当。因为为电感的的感抗(reaactaancee)大小小与电感感值和频频率有关关。如果果电源的的噪声频频率较低低,而电电感值又又不够大大,这时时滤波效效果可
19、能能不如RRC。但但是,使使用RCC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感,电容容值的方方法是什什么?电感值的的选用除除了考虑虑所想滤滤掉的噪噪声频率率外,还还要考虑虑瞬时电电流的反反应能力力。如果果LC的的输出端端会有机机会需要要瞬间输输出大电电流,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(ripppleenoiise)。电容值则则和所能能容忍的的纹波噪噪声规范范值的大大小有关关。纹波波噪声值值要求越越小,电电容值会会较大。而而电容的的ESRR/ESSL也会会有影响响。另外
20、,如如果这LLC是放放在开关关式电源源(swwitcchinng rreguulattionnpowwer)的输出出端时,还还要注意意此LCC所产生生的极点点零点(polle/zzeroo)对负负反馈控控制(nnegaativve ffeeddbacck cconttroll)回路路稳定度度的影响响。25、如如何尽可可能的达达到EMMC要求求,又不不致造成成太大的的成本压压力?PCB板板上会因因EMCC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ferrrittebeead、cchokke等抑抑制高频频谐波器器件的缘缘故。除除此之外外,通常常还是需需搭配其其它机构构
21、上的屏屏蔽结构构才能使使整个系系统通过过EMCC的要求求。以下下仅就PPCB板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(ssleww raate)较慢的的器件,以以降低信信号所产产生的高高频成分分。 22、注意意高频器器件摆放放的位置置,不要要太靠近近对外的的连接器器。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), 以以减少高高频的反反射与辐辐射。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频率
22、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chhasssis grooundd。6、可适适当运用用grooundd guuardd/shhuntt trracees在一一些特别别高速的的信号旁旁。但要要注意gguarrd/sshunnt ttracces对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20HH,H为为电源层层与地层层之间的的距离。26、当当一块PPCB板板中有多多个数/模功能能块时,常常规做法法是要将将数/模模地分开开,原因因何在?将数/模模地分开开的原因因是因为为数字电电路在高高低
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