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PCB设计技巧百问(三)
PCB设计技巧百问(三)
 更新时间:2009-7-28 16:20:59  点击数:0
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51、在数字和模拟并存的系统中,有2 种处理方法,一个是数字地和模拟地分开,比如在地层,数字地是独立地一块,模拟地独立一块,单点用铜皮或FB 磁珠连接,而电源不分开;另一种是模拟电源和数字电源分开用FB 连接,而地是统一地地。请问李先生,这两种方法效果是否一样?
应该说从原理上讲是一样的。因为电源和地对高频信号是等效的。
区分模拟和数字部分的目的是为了抗干扰,主要是数字电路对模拟电路的干扰。但是,分割可能造成信号回流路径不完整,影响数字信号的信号质量,影响系统EMC 质量。因此,无论分割哪个平面,要看这样作,信号回流路径是否被增大,回流信号对正常工作信号干扰有多大。
现在也有一些混合设计,不分电源和地,在布局时,按照数字部分、模拟部分分开布局布线,避免出现跨区信号。
52、安规问题:FCC、EMC 的具体含义是什么?
FCC: federal communication commission 美国通信委员会
EMC: electro megnetic compatibility 电磁兼容
FCC 是个标准组织,EMC 是一个标准。标准颁布都有相应的原因,标准和测试方法。
53、何谓差分布线?
差分信号,有些也称差动信号,用两根完全一样,极性相反的信号传输一路数据,依靠两根信号电平差进行判决。为了保证两根信号完全一致,在布线时要保持并行,线宽、线间距保持不变。
54、PCB 仿真软件有哪些?
仿 真的种类很多, 高速数字电路信号完整性分析仿真分析(SI) 常用软件有icx,signalvision,hyperlynx,XTK,speectraquest 等。有些也用Hspice。
55、PCB 仿真软件是如何进行LAYOUT 仿真的?
高速数字电路中,为了提高信号质量,降低布线难度,一般采用多层板,分配专门的电源层,地层。
56、在布局、布线中如何处理才能保证50M 以上信号的稳定性
高速数字信号布线,关键是减小传输线对信号质量的影响。因此,100M 以上的高速信号布局时要求信号走线尽量短。
数字电路中,高速信号是用信号上升延时间来界定的。而且,不同种类的信号(如TTL,GTL,LVTTL),确保信号质量的方法不一样。
57、室外单元的射频部分,中频部分,乃至对室外单元进行监控的低频电路部分往往采用部署在同一PCB 上,请问对这样的PCB 在材质上有何要求?如何防止射频,中频乃至低频电路互相之间的干扰?
混合电路设计是一个很大的问题。很难有一个完美的解决方案。
一般射频电路在系统中都作为一个独立的单板进行布局布线,甚至会有专门的屏蔽腔体。而且射频电路一般为单面或双面板,电路较为简单,所有这些都是为了减少对射频电路分布参数的影响,提高射频系统的一致性。相对于一般的FR4 材质,射频电路板倾向与采用高Q值的基材,这种材料的介电常数比较小,传输线分布电容较小,阻抗高,信号传输时延小。在混合电路设计中,虽然射频,数字电路做在同一块PCB 上,但一般都分成射频电路区和数字电路区,分别布局布线。之间用接地过孔带和屏蔽盒屏蔽。
58、对于射频部分,中频部分和低频电路部分部署在同一PCB 上,mentor 有什么解决方案?
Mentor 的板级系统设计软件,除了基本的电路设计功能外,还有专门的RF 设计模块。在RF 原理图设计模块中,提供参数化的器件模型,并且提供和EESOFT 等射频电路分析仿真工具的双向接口;在RF LAYOUT 模块中,提供专门用于射频电路布局布线的图案编辑功能,也有和EESOFT 等射频电路分析仿真工具的双向接口,对于分析仿真后的结果可以反标回原理图和PCB。同时,利用Mentor 软件的设计管理功能,可以方便的实现设计复用,设计派生,和协同设计。大大加速混合电路设计进程。
手机板是典型的混合电路设计,很多大型手机设计制造商都利用Mentor 加安杰伦的eesoft作为设计平台。
59、mentor 的产品结构如何?
Mentor Graphics 的PCB 工具有WG(原veribest)系列和Enterprise(boardstation)系列。详细信息,请登录http://www.mentor.com/
60、Mentor 的PCB 设计软件对BGA、PGA、COB 等封装是如何支持的?
Mentor 的autoactive RE 由收购得来的veribest 发展而来,是业界第一个无网格,任意角度布线器。
众所周知,对于球栅阵列,COB 器件,无网格,任意角度布线器是解决布通率的关键。在最新的autoactive RE 中,新增添了推挤过孔,铜箔,REROUTE 等功能,使它应用更方便。另外,他支持高速布线,包括有时延要求信号布线和差分对布线。
61、Mentor 的PCB 设计软件对差分线队的处理又如何?
Mentor 软件在定义好差分对属性后,两根差分对可以一起走线,严格保证差分对线宽,间距和长度差,遇到障碍可以自动分开,在换层时可以选择过孔方式。
62、在一块12 层PCb 板上,有三个电源层2.2v,3.3v,5v,将三个电源各作在一层,地线该
如何处理?
一般说来,三个电源分别做在三层,对信号质量比较好。因为不大可能出现信号跨平面层分割现象。跨分割是影响信号质量很关键的一个因素,而仿真软件一般都忽略了它。
对于电源层和地层,对高频信号来说都是等效的。在实际中,除了考虑信号质量外,电源平面耦合(利用相邻地平面降低电源平面交流阻抗),层叠对称,都是需要考虑的因素。
63、PCB 在出厂时如何检查是否达到了设计工艺要求?
很多PCB 厂家在PCB 加工完成出厂前,都要经过加电的网络通断测试,以确保所有联线正确。同时,越来越多的厂家也采用x 光测试,检查蚀刻或层压时的一些故障。
对于贴片加工后的成品板,一般采用ICT 测试检查,这需要在PCB 设计时添加ICT 测试点。如果出现问题,也可以通过一种特殊的X 光检查设备排除是否加工原因造成故障。
64、“机构的防护”是不是机壳的防护?
是的。机壳要尽量严密,少用或不用导电材料,尽可能接地。
65、在芯片选择的时候是否也需要考虑芯片本身的esd 问题?
不论是双层板还是多层板,都应尽量增大地的面积。在选择芯片时要考虑芯片本身的ESD特性,这些在芯片说明中一般都有提到,而且即使不同厂家的同一种芯片性能也会有所不同。设计时多加注意,考虑的全面一点,做出电路板的性能也会得到一定的保证。但ESD 的问题仍然可能出现,因此机构的防护对ESD 的防护也是相当重要的。
66、在做pcb 板的时候,为了减小干扰,地线是否应该构成闭和形式?
在做PCB 板的时候,一般来讲都要减小回路面积,以便减少干扰,布地线的时候,也不应布成闭合形式,而是布成树枝状较好,还有就是要尽可能增大地的面积。
67、如果仿真器用一个电源,pcb 板用一个电源,这两个电源的地是否应该连在一起?
如果可以采用分离电源当然较好,因为如此电源间不易产生干扰,但大部分设备是有具体要求的。既然仿真器和PCB 板用的是两个电源,按我的想法是不该将其共地的。
68、一个电路由几块pcb 板构成,他们是否应该共地?
一个电路由几块PCB 构成,多半是要求共地的,因为在一个电路中用几个电源毕竟是不太实际的。但如果你有具体的条件,可以用不同电源当然干扰会小些。
69、设计一个手持产品,带LCD,外壳为金属。测试ESD 时,无法通过ICE-1000-4-2 的测试,CONTACT 只能通过1100V,AIR 可以通过6000V。ESD 耦合测试时,水平只能可以通过3000V,垂直可以通过4000V 测试。CPU 主频为33MHZ。有什么方法可以通过ESD 测试?
手持产品又是金属外壳,ESD 的问题一定比较明显,LCD 也恐怕会出现较多的不良现象。如果没办法改变现有的金属材质,则建议在机构内部加上防电材料,加强PCB 的地,同时想办法让LCD 接地。当然,如何操作要看具体情况。
70、设计一个含有DSP,PLD 的系统,该从那些方面考虑ESD?
就一般的系统来讲,主要应考虑人体直接接触的部分,在电路上以及机构上进行适当的保护。至于ESD 会对系统造成多大的影响,那还要依不同情况而定。干燥的环境下,ESD 现象会比较严重,较敏感精细的系统,ESD 的影响也会相对明显。虽然大的系统有时ESD 影响并不明显,但设计时还是要多加注意,尽量防患于未然。
71、PCB 设计中,如何避免串扰?
变化的信号(例如阶跃信号)沿传输线由A 到B 传播,传输线C-D 上会产生耦合信号,变化的信号一旦结束也就是信号恢复到稳定的直流电平时,耦合信号也就不存在了,因此串扰仅发生在信号跳变的过程当中,并且信号沿的变化(转换率)越快,产生的串扰也就越大。空间中耦合的电磁场可以提取为无数耦合电容和耦合电感的集合,其中由耦合电容产生的串扰信号在受害网络上可以分成前向串扰和反向串扰Sc,这个两个信号极性相同;由耦合电感产生的串扰信号也分成前向串扰和反向串扰SL,这两个信号极性相反。耦合电感电容产生的前向串扰和反向串扰同时存在,并且大小几乎相等,这样,在受害网络上的前向串扰信号由于极性相反,相互抵消,反向串扰极性相同,叠加增强。
串扰分析的模式通常包括默认模式,三态模式和最坏情况模式分析。默认模式类似我们实际对串扰测试的方式,即侵害网络驱动器由翻转信号驱动,受害网络驱动器保持初始状态(高电平或低电平),然后计算串扰值。这种方式对于单向信号的串扰分析比较有效。三态模式是指侵害网络驱动器由翻转信号驱动,受害的网络的三态终端置为高阻状态,来检测串扰大小。这种方式对双向或复杂拓朴网络比较有效。最坏情况分析是指将受害网络的驱动器保持初始状态,仿真器计算所有默认侵害网络对每一个受害网络的串扰的总和。这种方式一般只对个别关键网络进行分析,因为要计算的组合太多,仿真速度比较慢。
72、导带,即微带线的地平面的铺铜面积有规定吗?
对于微波电路设计,地平面的面积对传输线的参数有影响。具体算法比较复杂(请参阅安杰伦的EESOFT 有关资料)。而一般PCB 数字电路的传输线仿真计算而言,地平面面积对传输线参数没有影响,或者说忽略影响。
73、在EMC 测试中发现时钟信号的谐波超标十分严重,只是在电源引脚上连接去耦电容。在PCB 设计中需要注意哪些方面以抑止电磁辐射呢?
EMC 的三要素为辐射源,传播途径和受害体。传播途径分为空间辐射传播和电缆传导。所以要抑制谐波,首先看看它传播的途径。电源去耦是解决传导方式传播,此外,必要的匹配和屏蔽也是需要的。
74、采用4 层板设计的产品中,为什么有些是双面铺地的,有些不是?
铺地的作用有几个方面的考虑:1,屏蔽;2,散热;3,加固;4,PCB 工艺加工需要。所以不管几层板铺地,首先要看它的主要原因。
这里我们主要讨论高速问题,所以主要说屏蔽作用。表面铺地对EMC 有好处,但是铺铜要尽量完整,避免出现孤岛。一般如果表层器件布线较多,很难保证铜箔完整,还会带来内层信号跨分割问题。所以建议表层器件或走线多的板子,不铺铜。
75、对于一组总线(地址,数据,命令)驱动多个(多达4,5 个)设备(FLASH,SDRAM,其他外设...)的情况,在PCB 布线时,采用那种方式?
布线拓扑对信号完整性的影响,主要反映在各个节点上信号到达时刻不一致,反射信号同样到达某节点的时刻不一致,所以造成信号质量恶化。一般来讲,星型拓扑结构,可以通过控制同样长的几个stub,使信号传输和反射时延一致,达到比较好的信号质量。
在使用拓扑之间,要考虑到信号拓扑节点情况、实际工作原理和布线难度。不同的buffer,对于信号的反射影响也不一致,所以星型拓扑并不能很好解决上述数据地址总线连接到flash 和sdram 的时延,进而无法确保信号的质量;另一方面,高速的信号一般在dsp 和sdram之间通信,flash 加载时的速率并不高,所以在高速仿真时只要确保实际高速信号有效工作的节点处的波形,而无需关注flash 处波形;星型拓扑比较菊花链等拓扑来讲,布线难度较大,尤其大量数据地址信号都采用星型拓扑时。
附图是使用Hyperlynx 仿真数据信号在DDR——DSP——FLASH 拓扑连接,和DDR——FLASH——DSP 连接时在150MHz 时的仿真波形。
可以看到,第二种情形,DSP 处信号质量更好,而FLASH 处波形较差,而实际工作信号时DSP 和DDR 处的波形。



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