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[经验] 这是高手,13个问答帮你理清PCB设计的要点

2019-11-16 07:00:00  432 pcb设计 信号完整性 高速PCB设计
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1、如何选择PCB板材?
选择PCB板材必须在满足设计需求和可量产性及成本之间取得平衡点。设计需求包含电气和机构这两部分,通常在设计高速的PCB板(大于1GHz的频率)时材质问题会比较重要。
例如,现在常用的FR-4材质,在几个GHz的频率时的介质损耗(dielectric loss)会对信号衰减有很大的影响,可能就不适用。就电气而言,要注意介电常数(dielectric constant)和介质损耗在所设计的频率是否适用。
2、如何避免高频干扰?
避免高频干扰的基本思路是尽量降低高频信号电磁场的干扰,也就是所谓的串扰(Crosstalk)。可用拉大高速信号和模拟信号之间的距离,或加ground guard/shunt traces在模拟信号旁边,还要注意数字地对模拟地的噪声干扰。

3、在高速设计中,如何解决信号完整性问题?
信号完整性基本上是阻抗匹配的问题,而影响阻抗匹配的因素有信号源的输出阻抗(output impedance),走线的特性阻抗,负载端的特性,走线的拓扑(topology)等。解决的方式是端接(termination)与调整走线的拓扑。
4、差分布线方式是如何实现的?
差分对的布线有两点要注意,一是两条线的长度要尽量一样长,另一是两线的间距(此间距由差分阻抗决定)保持不变,也就是要保持平行;当两者无法同时满座时,优先满足等长。
平行的方式有两种,一为两条线走在同一走线层(side-by-side),一为两条线走在上下相邻两层(over-under)。一般以前者side-by-side实现的方式较多。
5、接收端差分对之间可否加一匹配电阻?
接收端差分对间的匹配电阻通常会加, 其值应等于差分阻抗的值。这样信号质量会好些。
6、为何差分对的布线要靠近且平行?
对差分对的布线方式应该要适当的靠近且平行,所谓适当的靠近是因为间距会影响到差分阻抗(dIFferential impedance), 差分阻抗是设计差分对的重要参数,需要平行也是因为要保持差分阻抗的连续性,若两线忽远忽近, 差分阻抗就会不连续, 就会影响信号完整性(signal integrity)及时间延迟(timing delay)。
7、如何处理实际布线中的一些理论冲突的问题
(1)基本上, 将模/数地分割隔离是对的。要注意的是信号走线尽量不要跨分割,
(2)晶振要有稳定的振荡信号, 一定要将晶振和芯片尽可能靠近,间距较远容易引入干扰。
8、关于test coupon
test coupon是用TDR (Time Domain Reflectometer) 测量所生产的PCB板的特性阻抗是否满足设计需求,一般要控制的阻抗有单端线和差分对两种情况。所以, test coupon上的走线线宽和线距(有差分对时)要与所要控制的线一样,最重要的是测量时接地点的位置,为了减少接地引线(ground lead)的电感值,TDR探棒(probe)接地的地方通常非常接近测量信号的地方(probe tip), 所以,test coupon上测量信号的点跟接地点的距离和方式要符合所用的探棒。
9、在高速PCB设计中,信号层的空白区域可以敷铜,而多个信号层的敷铜在接地和接电源上应如何分配?
一般在空白区域的敷铜绝大部分情况是接地,只是在高速信号线旁敷铜时要注意敷铜与信号线的距离,因为所敷的铜会降低走线的特性阻抗,也要注意不要影响到其它层的走线的特性阻抗。
10、电源平面上的信号线是否可以使用微带线模型计算特性阻抗?
电源和地平面之间的信号是否可以使用带状线模型计算?是的, 在计算特性阻抗时电源平面跟地平面都可以视为参考平面。例如四层板: 顶层-电源层-地层-底层, 这时顶层走线特性阻抗的模型是以电源平面为参考平面的微带线模型。
11、在高密度印制板上通过软件自动产生测试点一般情况下能满足大批量生产的测试要求吗?
一般软件自动产生的测试点是否满足测试需求必须看加测试点的规范是否符合测试机具的要求,另外,如果走线太密且加测试点的规范比较严,则有可能没办法自动对每段线都加测试点,此时需要手动补齐所要的测试点。
12、添加测试点会不会影响高速信号的质量?
至于会不会影响信号质量就要看加测试点的方式和信号速度,基本上外加的测试点例如过孔(via or DIP pin)可能加在线上或是从线上拉一小段线出来。前者相当于是加上一个很小的电容在线上,后者则是多了一段分支,这两个情况都会对高速信号有些影响,影响的程度就跟信号的速度和信号边沿变化率(edge rate)有关。影响大小可通过仿真得知,原则上测试点越小越好(当然还要满足测试机具的要求)分支越短越好。
13、若干PCB组成系统,各板之间的地线应如何连接?
各个PCB板子之间的信号或电源在动作时,例如A板有电源或信号送到B板,一定会有等量的电流在地平面从B板流回到A板 (此为Kirchoff current law),返回电流会找阻抗最小的回流路径。所以,在各个不管是电源或信号相互连接的接口处,分配给地的管脚数不能太少,以降低阻抗,这样可以降低地层上的噪声。另外,也可以分析整个电流环路,尤其是电流较大的部分,调整地线的接法,来控制电流的路径(例如,在某处制造低阻抗,让大部分的电流从这个地方走),降低对其它较敏感信号的影响。


王栋春 2019-11-16 13:01:49
学习了      
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电子盖伦 2019-11-18 14:22:47
感谢楼主分享!感谢楼主分享!感谢楼主分享!感谢楼主分享!
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