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PCB設(shè)計(jì)技巧百問(wèn)(三)
PCB設(shè)計(jì)技巧百問(wèn)(三)
 更新時(shí)間:2009-7-28 16:20:59  點(diǎn)擊數(shù):0
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51、在數(shù)字和模擬并存的系統(tǒng)中,有2 種處理方法,一個(gè)是數(shù)字地和模擬地分開(kāi),比如在地層,數(shù)字地是獨(dú)立地一塊,模擬地獨(dú)立一塊,單點(diǎn)用銅皮或FB 磁珠連接,而電源不分開(kāi);另一種是模擬電源和數(shù)字電源分開(kāi)用FB 連接,而地是統(tǒng)一地地。請(qǐng)問(wèn)李先生,這兩種方法效果是否一樣?
應(yīng)該說(shuō)從原理上講是一樣的。因?yàn)殡娫春偷貙?duì)高頻信號(hào)是等效的。
區(qū)分模擬和數(shù)字部分的目的是為了抗干擾,主要是數(shù)字電路對(duì)模擬電路的干擾。但是,分割可能造成信號(hào)回流路徑不完整,影響數(shù)字信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量,影響系統(tǒng)EMC 質(zhì)量。因此,無(wú)論分割哪個(gè)平面,要看這樣作,信號(hào)回流路徑是否被增大,回流信號(hào)對(duì)正常工作信號(hào)干擾有多大。
現(xiàn)在也有一些混合設(shè)計(jì),不分電源和地,在布局時(shí),按照數(shù)字部分、模擬部分分開(kāi)布局布線(xiàn),避免出現(xiàn)跨區(qū)信號(hào)。
52、安規(guī)問(wèn)題:FCC、EMC 的具體含義是什么?
FCC: federal communication commission 美國(guó)通信委員會(huì)
EMC: electro megnetic compatibility 電磁兼容
FCC 是個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組織,EMC 是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)頒布都有相應(yīng)的原因,標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法。
53、何謂差分布線(xiàn)?
差分信號(hào),有些也稱(chēng)差動(dòng)信號(hào),用兩根完全一樣,極性相反的信號(hào)傳輸一路數(shù)據(jù),依靠?jī)筛盘?hào)電平差進(jìn)行判決。為了保證兩根信號(hào)完全一致,在布線(xiàn)時(shí)要保持并行,線(xiàn)寬、線(xiàn)間距保持不變。
54、PCB 仿真軟件有哪些?
仿 真的種類(lèi)很多, 高速數(shù)字電路信號(hào)完整性分析仿真分析(SI) 常用軟件有icx,signalvision,hyperlynx,XTK,speectraquest 等。有些也用Hspice。
55、PCB 仿真軟件是如何進(jìn)行LAYOUT 仿真的?
高速數(shù)字電路中,為了提高信號(hào)質(zhì)量,降低布線(xiàn)難度,一般采用多層板,分配專(zhuān)門(mén)的電源層,地層。
56、在布局、布線(xiàn)中如何處理才能保證50M 以上信號(hào)的穩(wěn)定性
高速數(shù)字信號(hào)布線(xiàn),關(guān)鍵是減小傳輸線(xiàn)對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響。因此,100M 以上的高速信號(hào)布局時(shí)要求信號(hào)走線(xiàn)盡量短。
數(shù)字電路中,高速信號(hào)是用信號(hào)上升延時(shí)間來(lái)界定的。而且,不同種類(lèi)的信號(hào)(如TTL,GTL,LVTTL),確保信號(hào)質(zhì)量的方法不一樣。
57、室外單元的射頻部分,中頻部分,乃至對(duì)室外單元進(jìn)行監(jiān)控的低頻電路部分往往采用部署在同一PCB 上,請(qǐng)問(wèn)對(duì)這樣的PCB 在材質(zhì)上有何要求?如何防止射頻,中頻乃至低頻電路互相之間的干擾?
混合電路設(shè)計(jì)是一個(gè)很大的問(wèn)題。很難有一個(gè)完美的解決方案。
一般射頻電路在系統(tǒng)中都作為一個(gè)獨(dú)立的單板進(jìn)行布局布線(xiàn),甚至?xí)袑?zhuān)門(mén)的屏蔽腔體。而且射頻電路一般為單面或雙面板,電路較為簡(jiǎn)單,所有這些都是為了減少對(duì)射頻電路分布參數(shù)的影響,提高射頻系統(tǒng)的一致性。相對(duì)于一般的FR4 材質(zhì),射頻電路板傾向與采用高Q值的基材,這種材料的介電常數(shù)比較小,傳輸線(xiàn)分布電容較小,阻抗高,信號(hào)傳輸時(shí)延小。在混合電路設(shè)計(jì)中,雖然射頻,數(shù)字電路做在同一塊PCB 上,但一般都分成射頻電路區(qū)和數(shù)字電路區(qū),分別布局布線(xiàn)。之間用接地過(guò)孔帶和屏蔽盒屏蔽。
58、對(duì)于射頻部分,中頻部分和低頻電路部分部署在同一PCB 上,mentor 有什么解決方案?
Mentor 的板級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件,除了基本的電路設(shè)計(jì)功能外,還有專(zhuān)門(mén)的RF 設(shè)計(jì)模塊。在RF 原理圖設(shè)計(jì)模塊中,提供參數(shù)化的器件模型,并且提供和EESOFT 等射頻電路分析仿真工具的雙向接口;在RF LAYOUT 模塊中,提供專(zhuān)門(mén)用于射頻電路布局布線(xiàn)的圖案編輯功能,也有和EESOFT 等射頻電路分析仿真工具的雙向接口,對(duì)于分析仿真后的結(jié)果可以反標(biāo)回原理圖和PCB。同時(shí),利用Mentor 軟件的設(shè)計(jì)管理功能,可以方便的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)復(fù)用,設(shè)計(jì)派生,和協(xié)同設(shè)計(jì)。大大加速混合電路設(shè)計(jì)進(jìn)程。
手機(jī)板是典型的混合電路設(shè)計(jì),很多大型手機(jī)設(shè)計(jì)制造商都利用Mentor 加安杰倫的eesoft作為設(shè)計(jì)平臺(tái)。
59、mentor 的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如何?
Mentor Graphics 的PCB 工具有WG(原veribest)系列和Enterprise(boardstation)系列。詳細(xì)信息,請(qǐng)登錄http://www.mentor.com/
60、Mentor 的PCB 設(shè)計(jì)軟件對(duì)BGA、PGA、COB 等封裝是如何支持的?
Mentor 的autoactive RE 由收購(gòu)得來(lái)的veribest 發(fā)展而來(lái),是業(yè)界第一個(gè)無(wú)網(wǎng)格,任意角度布線(xiàn)器。
眾所周知,對(duì)于球柵陣列,COB 器件,無(wú)網(wǎng)格,任意角度布線(xiàn)器是解決布通率的關(guān)鍵。在最新的autoactive RE 中,新增添了推擠過(guò)孔,銅箔,REROUTE 等功能,使它應(yīng)用更方便。另外,他支持高速布線(xiàn),包括有時(shí)延要求信號(hào)布線(xiàn)和差分對(duì)布線(xiàn)。
61、Mentor 的PCB 設(shè)計(jì)軟件對(duì)差分線(xiàn)隊(duì)的處理又如何?
Mentor 軟件在定義好差分對(duì)屬性后,兩根差分對(duì)可以一起走線(xiàn),嚴(yán)格保證差分對(duì)線(xiàn)寬,間距和長(zhǎng)度差,遇到障礙可以自動(dòng)分開(kāi),在換層時(shí)可以選擇過(guò)孔方式。
62、在一塊12 層PCb 板上,有三個(gè)電源層2.2v,3.3v,5v,將三個(gè)電源各作在一層,地線(xiàn)該
如何處理?
一般說(shuō)來(lái),三個(gè)電源分別做在三層,對(duì)信號(hào)質(zhì)量比較好。因?yàn)椴淮罂赡艹霈F(xiàn)信號(hào)跨平面層分割現(xiàn)象?绶指钍怯绊懶盘(hào)質(zhì)量很關(guān)鍵的一個(gè)因素,而仿真軟件一般都忽略了它。
對(duì)于電源層和地層,對(duì)高頻信號(hào)來(lái)說(shuō)都是等效的。在實(shí)際中,除了考慮信號(hào)質(zhì)量外,電源平面耦合(利用相鄰地平面降低電源平面交流阻抗),層疊對(duì)稱(chēng),都是需要考慮的因素。
63、PCB 在出廠(chǎng)時(shí)如何檢查是否達(dá)到了設(shè)計(jì)工藝要求?
很多PCB 廠(chǎng)家在PCB 加工完成出廠(chǎng)前,都要經(jīng)過(guò)加電的網(wǎng)絡(luò)通斷測(cè)試,以確保所有聯(lián)線(xiàn)正確。同時(shí),越來(lái)越多的廠(chǎng)家也采用x 光測(cè)試,檢查蝕刻或?qū)訅簳r(shí)的一些故障。
對(duì)于貼片加工后的成品板,一般采用ICT 測(cè)試檢查,這需要在PCB 設(shè)計(jì)時(shí)添加ICT 測(cè)試點(diǎn)。如果出現(xiàn)問(wèn)題,也可以通過(guò)一種特殊的X 光檢查設(shè)備排除是否加工原因造成故障。
64、“機(jī)構(gòu)的防護(hù)”是不是機(jī)殼的防護(hù)?
是的。機(jī)殼要盡量嚴(yán)密,少用或不用導(dǎo)電材料,盡可能接地。
65、在芯片選擇的時(shí)候是否也需要考慮芯片本身的esd 問(wèn)題?
不論是雙層板還是多層板,都應(yīng)盡量增大地的面積。在選擇芯片時(shí)要考慮芯片本身的ESD特性,這些在芯片說(shuō)明中一般都有提到,而且即使不同廠(chǎng)家的同一種芯片性能也會(huì)有所不同。設(shè)計(jì)時(shí)多加注意,考慮的全面一點(diǎn),做出電路板的性能也會(huì)得到一定的保證。但ESD 的問(wèn)題仍然可能出現(xiàn),因此機(jī)構(gòu)的防護(hù)對(duì)ESD 的防護(hù)也是相當(dāng)重要的。
66、在做pcb 板的時(shí)候,為了減小干擾,地線(xiàn)是否應(yīng)該構(gòu)成閉和形式?
在做PCB 板的時(shí)候,一般來(lái)講都要減小回路面積,以便減少干擾,布地線(xiàn)的時(shí)候,也不應(yīng)布成閉合形式,而是布成樹(shù)枝狀較好,還有就是要盡可能增大地的面積。
67、如果仿真器用一個(gè)電源,pcb 板用一個(gè)電源,這兩個(gè)電源的地是否應(yīng)該連在一起?
如果可以采用分離電源當(dāng)然較好,因?yàn)槿绱穗娫撮g不易產(chǎn)生干擾,但大部分設(shè)備是有具體要求的。既然仿真器和PCB 板用的是兩個(gè)電源,按我的想法是不該將其共地的。
68、一個(gè)電路由幾塊pcb 板構(gòu)成,他們是否應(yīng)該共地?
一個(gè)電路由幾塊PCB 構(gòu)成,多半是要求共地的,因?yàn)樵谝粋(gè)電路中用幾個(gè)電源畢竟是不太實(shí)際的。但如果你有具體的條件,可以用不同電源當(dāng)然干擾會(huì)小些。
69、設(shè)計(jì)一個(gè)手持產(chǎn)品,帶LCD,外殼為金屬。測(cè)試ESD 時(shí),無(wú)法通過(guò)ICE-1000-4-2 的測(cè)試,CONTACT 只能通過(guò)1100V,AIR 可以通過(guò)6000V。ESD 耦合測(cè)試時(shí),水平只能可以通過(guò)3000V,垂直可以通過(guò)4000V 測(cè)試。CPU 主頻為33MHZ。有什么方法可以通過(guò)ESD 測(cè)試?
手持產(chǎn)品又是金屬外殼,ESD 的問(wèn)題一定比較明顯,LCD 也恐怕會(huì)出現(xiàn)較多的不良現(xiàn)象。如果沒(méi)辦法改變現(xiàn)有的金屬材質(zhì),則建議在機(jī)構(gòu)內(nèi)部加上防電材料,加強(qiáng)PCB 的地,同時(shí)想辦法讓LCD 接地。當(dāng)然,如何操作要看具體情況。
70、設(shè)計(jì)一個(gè)含有DSP,PLD 的系統(tǒng),該從那些方面考慮ESD?
就一般的系統(tǒng)來(lái)講,主要應(yīng)考慮人體直接接觸的部分,在電路上以及機(jī)構(gòu)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋Wo(hù)。至于ESD 會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成多大的影響,那還要依不同情況而定。干燥的環(huán)境下,ESD 現(xiàn)象會(huì)比較嚴(yán)重,較敏感精細(xì)的系統(tǒng),ESD 的影響也會(huì)相對(duì)明顯。雖然大的系統(tǒng)有時(shí)ESD 影響并不明顯,但設(shè)計(jì)時(shí)還是要多加注意,盡量防患于未然。
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(xiàn)由A 到B 傳播,傳輸線(xiàn)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(guò)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?臻g中耦合的電磁場(chǎng)可以提取為無(wú)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,疊加增強(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(lèi)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(lái)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)仿真計(jì)算而言,地平面面積對(duì)傳輸線(xiàn)參數(shù)沒(méi)有影響,或者說(shuō)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(wèn)題,所以主要說(shuō)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(xiàn)較多,很難保證銅箔完整,還會(huì)帶來(lái)內(nèi)層信號(hào)跨分割問(wèn)題。所以建議表層器件或走線(xiàn)多的板子,不鋪銅。
75、對(duì)于一組總線(xiàn)(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(xiàn)時(shí),采用那種方式?
布線(xiàn)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(lái)講,星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),可以通過(guò)控制同樣長(zhǎng)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(xiàn)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(xiàn)連接到flash 和sdram 的時(shí)延,進(jìn)而無(wú)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(wú)需關(guān)注flash 處波形;星型拓?fù)浔容^菊花鏈等拓?fù)鋪?lái)講,布線(xiàn)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。



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