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超实用70个问答的高频PCB电路设计(二)

作者:时间:2018-05-03来源:网络收藏

  41、怎样通过安排叠层来减少  问题?

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201805/379380.htm

  首先, 要从系统考虑,单凭  无法解决问题。层迭对  来讲,我认为主要是提供信号最短回流路径,减小耦合面积,抑制差模干扰。另外地层与电源层紧耦合,适当比电源层外延,对抑制共模干扰有好处。

  42、为何要铺铜?

  一般铺铜有几个方面原因。1,EMC.对于大面积的地或电源铺铜,会起到屏蔽作用,有些特殊地,如 PGND 起到防护作用。2, 工艺要求。一般为了保证电镀效果,或者层压不变形,对于布线较少的 板层铺铜。3,信号完整性要求,给高频数字信号一个完整的回流路径,并减少直流网络的布线。当然还有散热,特殊器件安装要求铺铜等等原因。

  43、在一个系统中,包含了dsp和 pld,请问布线时要注意哪些问题呢?

  看你的信号速率和布线长度的比值。如果信号在传输在线的时延和信号变化沿时间可比的话,就要考虑信号完整性问题。另外对于多个 DSP,时 钟,数据 信号走线拓普也会影响信号质量和时序,需要关注。

  44、除 protel 工具布线外,还有其他好的工具吗?

  至于工具,除了 PROTEL,还有很多布线工具,如 MENTOR 的 WG2000,EN2000 系列和 powerpcb,Cadence 的 allegro,zuken 的 cadstar,cr5000 等,各有所长。

  45、什么是“信号回流路径”?

  信号回流路径,即 return current。高速数字信号在传输时,信号的流向是从驱动器沿 PCB 传输线到负载,再由负载沿着地或电源通过最短路径返回驱动器端。这个在地或电源上的返回信号就称信号回流路径。Dr.Johson 在他的书中解释,高频信号传输,实际上是对传输线与直流层之间包夹的介质电容充电的过程。SI 分析的就是这个围场的电磁特性,以及他们之间的耦合。

  46、如何对接插件进行SI分析?

  在 IBIS3.2 规范中,有关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软件(HYPERLYNX 或 IS_multiboard),建立多板系统时,输入接插件的分布参数,一般从接插件手册中得到。当然这种方式会不够精确,但只要在可接受范围内即可。

  47、请问端接的方式有哪些?

  端接(terminal),也称匹配。一般按照匹配位置分有源端匹配和终端匹配。其中源端匹配一般为电阻串联匹配,终端匹配一般为并联匹配,方式比较多,有电阻上拉,电阻下拉,戴维南匹配,AC 匹配,肖特基二极管匹配。

  48、采用端接(匹配)的方式是由什么因素决定的?

  匹配采用方式一般由 BUFFER 特性,拓普情况,电平种类和判决方式来决定,也要考虑信号占空比,系统功耗等。

  49、采用端接(匹配)的方式有什么规则?

  数字电路最关键的是时序问题,加匹配的目的是改善信号质量,在判决时刻得到可以确定的信号。对于电平有效信号,在保证建立、保持时间的前提下,信号质量稳定;对延有效信号,在保证信号延单调性前提下,信号变化延速度满足要求。Mentor ICX 产品教材中有关于匹配的一些资料。另外《High Speed Digital design a hand book of blackmagic》有一章专门对 terminal 的讲述,从电磁波原理上讲述匹配对信号完整性的作用,可供参考。

  50、能否利用器件的 IBIS 模型对器件的逻辑功能进行仿真?如果不能,那么如何进行电路的板级和系统级仿真?

  IBIS 模型是行为级模型,不能用于功能仿真。功能仿真,需要用 SPICE 模型,或者其他结构级模型。

  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。

  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,对于球栅数组,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),层迭对称,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。



关键词: PCB EMI

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