超實(shí)用70個(gè)問答的高頻PCB電路設(shè)計(jì)（二）

41、怎樣通過安排疊層來減少 EMI 問題?

首先，EMI 要從系統(tǒng)考慮，單憑 PCB 無法解決問題。層迭對(duì) EMI 來講，我認(rèn)為主要是提供信號(hào)最短回流路徑，減小耦合面積，抑制差模干擾。另外地層與電源層緊耦合，適當(dāng)比電源層外延，對(duì)抑制共模干擾有好處。

42、為何要鋪銅?

一般鋪銅有幾個(gè)方面原因。1，EMC.對(duì)于大面積的地或電源鋪銅，會(huì)起到屏蔽作用，有些特殊地，如 PGND 起到防護(hù)作用。2，PCB 工藝要求。一般為了保證電鍍效果，或者層壓不變形，對(duì)于布線較少的PCB 板層鋪銅。3，信號(hào)完整性要求，給高頻數(shù)字信號(hào)一個(gè)完整的回流路徑，并減少直流網(wǎng)絡(luò)的布線。當(dāng)然還有散熱，特殊器件安裝要求鋪銅等等原因。

43、在一個(gè)系統(tǒng)中，包含了dsp和 pld，請(qǐng)問布線時(shí)要注意哪些問題呢?

看你的信號(hào)速率和布線長(zhǎng)度的比值。如果信號(hào)在傳輸在線的時(shí)延和信號(hào)變化沿時(shí)間可比的話，就要考慮信號(hào)完整性問題。另外對(duì)于多個(gè) DSP，時(shí) 鐘，數(shù)據(jù) 信號(hào)走線拓普也會(huì)影響信號(hào)質(zhì)量和時(shí)序，需要關(guān)注。

44、除 protel 工具布線外，還有其他好的工具嗎?

至于工具，除了 PROTEL，還有很多布線工具，如 MENTOR 的 WG2000,EN2000 系列和 powerpcb，Cadence 的 allegro，zuken 的 cadstar,cr5000 等，各有所長(zhǎng)。

45、什么是“信號(hào)回流路徑”?

信號(hào)回流路徑,即 return current。高速數(shù)字信號(hào)在傳輸時(shí)，信號(hào)的流向是從驅(qū)動(dòng)器沿 PCB 傳輸線到負(fù)載，再由負(fù)載沿著地或電源通過最短路徑返回驅(qū)動(dòng)器端。這個(gè)在地或電源上的返回信號(hào)就稱信號(hào)回流路徑。Dr.Johson 在他的書中解釋，高頻信號(hào)傳輸，實(shí)際上是對(duì)傳輸線與直流層之間包夾的介質(zhì)電容充電的過程。SI 分析的就是這個(gè)圍場(chǎng)的電磁特性，以及他們之間的耦合。

46、如何對(duì)接插件進(jìn)行SI分析?

在 IBIS3.2 規(guī)范中，有關(guān)于接插件模型的描述。一般使用 EBD 模型。如果是特殊板，如背板，需要SPICE 模型。也可以使用多板仿真軟件(HYPERLYNX 或 IS_multiboard)，建立多板系統(tǒng)時(shí)，輸入接插件的分布參數(shù)，一般從接插件手冊(cè)中得到。當(dāng)然這種方式會(huì)不夠精確，但只要在可接受范圍內(nèi)即可。

47、請(qǐng)問端接的方式有哪些?

端接(terminal),也稱匹配。一般按照匹配位置分有源端匹配和終端匹配。其中源端匹配一般為電阻串聯(lián)匹配，終端匹配一般為并聯(lián)匹配，方式比較多，有電阻上拉，電阻下拉，戴維南匹配，AC 匹配，肖特基二極管匹配。

48、采用端接(匹配)的方式是由什么因素決定的?

匹配采用方式一般由 BUFFER 特性，拓普情況，電平種類和判決方式來決定，也要考慮信號(hào)占空比，系統(tǒng)功耗等。

49、采用端接(匹配)的方式有什么規(guī)則?

數(shù)字電路最關(guān)鍵的是時(shí)序問題，加匹配的目的是改善信號(hào)質(zhì)量，在判決時(shí)刻得到可以確定的信號(hào)。對(duì)于電平有效信號(hào)，在保證建立、保持時(shí)間的前提下，信號(hào)質(zhì)量穩(wěn)定;對(duì)延有效信號(hào)，在保證信號(hào)延單調(diào)性前提下，信號(hào)變化延速度滿足要求。Mentor ICX 產(chǎn)品教材中有關(guān)于匹配的一些資料。另外《High Speed Digital design a hand book of blackmagic》有一章專門對(duì) terminal 的講述，從電磁波原理上講述匹配對(duì)信號(hào)完整性的作用，可供參考。

50、能否利用器件的 IBIS 模型對(duì)器件的邏輯功能進(jìn)行仿真?如果不能，那么如何進(jìn)行電路的板級(jí)和系統(tǒng)級(jí)仿真?

IBIS 模型是行為級(jí)模型，不能用于功能仿真。功能仿真，需要用 SPICE 模型，或者其他結(jié)構(gòu)級(jí)模型。

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，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;另一種是模擬電源和數(shù)字電源分開用 FB 連接，而地是統(tǒng)一地地。請(qǐng)問李先生，這兩種方法效果是否一樣?

應(yīng)該說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?，F(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、模擬部分分開布局布線，避免出現(xiàn)跨區(qū)信號(hào)。

52、安規(guī)問題：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?

差分信號(hào)，有些也稱差動(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，在布線時(shí)要保持并行，線寬、線間距保持不變。

54、PCB 仿真軟件有哪些?

仿 真 的種類很多， 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，降低布線難度，一般采用多層板，分配專門的電源層，地層。

56、在布局、布線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，關(guān)鍵是減小傳輸線對(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)間來界定的。而 且 ，不 同種類的信號(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，甚至?xí)袑ｉT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。之間用接地過孔帶和屏蔽盒屏蔽。

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，還有專門的 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，提供專門用于射頻電路布局布線的圖案編輯功能，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。

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)得來的 veribest 發(fā)展而來，是業(yè)界第一個(gè)無網(wǎng)格，任意角度布線器。眾所周知，對(duì)于球柵數(shù)組，COB 器件，無網(wǎng)格，任意角度布線器是解決布通率的關(guān)鍵。在最新的autoactive RE 中，新增添了推擠過孔，銅箔，REROUTE 等功能，使它應(yīng)用更方便。另外，他支持高速布線，包括有時(shí)延要求信號(hào)布線和差分對(duì)布線。

61、Mentor 的 PCB 設(shè)計(jì)軟件對(duì)差分線隊(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，嚴(yán)格保證差分對(duì)線寬，間距和長(zhǎng)度差，遇到障礙可以自動(dòng)分開，在換層時(shí)可以選擇過孔方式。

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，地線該如何處理?

一般說來，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)來說都是等效的。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)，層迭對(duì)稱，都是需要考慮的因素。

63、PCB 在出廠時(shí)如何檢查是否達(dá)到了設(shè)計(jì)工藝要求?

很多 PCB 廠家在 PCB 加工完成出廠前，都要經(jīng)過加電的網(wǎng)絡(luò)通斷測(cè)試，以確保所有聯(lián)線正確。同時(shí)，越來越多的廠家也采用 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)問題，也可以通過一種特殊的 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，這些在芯片說明中一般都有提到，而且即使不同廠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，地線是否應(yīng)該構(gòu)成閉和形式?

在做 PCB 板的時(shí)候，一般來講都要減小回路面積，以便減少干擾，布地線的時(shí)候，也不應(yīng)布成閉合形式，而是布成樹枝狀較好，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)，無法通過 ICE-1000-4-2 的測(cè)試，CONTACT 只能通過 1100V，AIR 可以通過 6000V。ESD 耦合測(cè)試時(shí)，水平只能可以通過 3000V，垂直可以通過 4000V 測(cè)試。CPU 主頻為 33MHZ。有什么方法可以通過 ESD 測(cè)試?

手持產(chǎn)品又是金屬外殼，ESD 的問題一定比較明顯，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。