PCB設(shè)計(jì)問答集（八）

 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))沿傳輸線由 A 到 B 傳播，傳輸線 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中耦合的電磁場可以提取為無數(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)模式和壞情況模式分析。默認(rèn)模式類似我們實(shí)際對(duì)串?dāng)_測試的方式，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)，來檢測串?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。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)字電路的傳輸線仿真計(jì)算而言，地平面面積對(duì)傳輸線參數(shù)沒有影響，或者說忽略影響。

　　73、在 EMC 測試中發(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題，所 以 主 要 說屏蔽作用。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較多， 很難保證銅箔完整，還會(huì)帶來內(nèi)層信號(hào)跨分割問題。所以建議表層器件或走線多的板子，不鋪銅。

　　75、對(duì)于一組總線(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 布線時(shí)，采用那種方式?

　　布線拓?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。一般來講，星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以通過控制同樣長的幾個(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)地址總線連接到 flash 和 sdram 的時(shí)延，進(jìn)而無法確保信號(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，而無需關(guān)注 flash 處波形;星型拓?fù)浔容^菊花鏈等拓?fù)鋪碇v，布線難度較大，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，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。

　　76、頻率 30M 以上的 PCB，布線時(shí)使用自動(dòng)布線還是手動(dòng)布線;布線的軟件功能都一樣嗎?

　　是否高速信號(hào)是依據(jù)信號(hào)上升沿而不是絕對(duì)頻率或速度。自動(dòng)或手動(dòng)布線要看軟件布線功能的支持，有些布線手工可能會(huì)優(yōu)于自動(dòng)布線，但有些布線，例如查分布線，總線時(shí)延補(bǔ)償布線，自動(dòng)布線的效果和效率會(huì)遠(yuǎn)高于手工布線。一般 PCB 基材主要由樹脂和玻璃絲布混合構(gòu)成，由于比例不同，介電常數(shù)和厚度都不同。一般樹脂含量高的，介電常數(shù)越小，可以更薄。具體參數(shù)，可以向 PCB 生產(chǎn)廠家咨詢。另外，隨著新工藝出現(xiàn)，還有一些特殊材質(zhì)的 PCB 板提供給諸如超厚背板或低損耗射頻板需要。

　　77、在 PCB 設(shè)計(jì)中，通常將地線又分為保護(hù)地和信號(hào)地;電源地又分為數(shù)字地和模擬地，為什么要對(duì)地線進(jìn)行劃分?

　　劃分地的目的主要是出于 EMC 的考慮，擔(dān)心數(shù)字部分電源和地上的噪聲會(huì)對(duì)其他信號(hào)，特別是模擬信號(hào)通過傳導(dǎo)途徑有干擾。至于信號(hào)的和保護(hù)地的劃分，是因?yàn)?EMC 中 ESD 靜放電的考慮，類似于我們生活中避雷針接地的作用。無論怎樣分，終的大地只有一個(gè)。只是噪聲瀉放途徑不同而已。

　　78、在布時(shí)鐘時(shí)，有必要兩邊加地線屏蔽嗎?

　　是否加屏蔽地線要根據(jù)板上的串?dāng)_/EMI 情況來決定，而且如對(duì)屏蔽地線的處理不好，有可能反而會(huì)使情況更糟。

　　79、布不同頻率的時(shí)鐘線時(shí)有什么相應(yīng)的對(duì)策?

　　對(duì)時(shí)鐘線的布線，好是進(jìn)行信號(hào)完整性分析，制定相應(yīng)的布線規(guī)則，并根據(jù)這些規(guī)則來進(jìn)行布線。

　　80、PCB 單層板手工布線時(shí)，是放在頂層還是底層?

　　如果是頂層放器件，底層布線。