超實用70個問答的高頻PCB電路設(shè)計（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 EMI 來講，我認(rèn)為主要是提供信號最短回流路徑，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，對抑制共模干擾有好處。

　　42、為何要鋪銅?

　　一般鋪銅有幾個方面原因。1，EMC.對于大面積的地或電源鋪銅，會起到屏蔽作用，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，對于布線較少的PCB 板層鋪銅。3，信號完整性要求，給高頻數(shù)字信號一個完整的回流路徑，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、在一個系統(tǒng)中，包含了dsp和 pld，請問布線時要注意哪些問題呢?

　　看你的信號速率和布線長度的比值。如果信號在傳輸在線的時延和信號變化沿時間可比的話，就要考慮信號完整性問題。另外對于多個 DSP，時 鐘，數(shù)據(jù) 信號走線拓普也會影響信號質(zhì)量和時序，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。

　　45、什么是“信號回流路徑”?

　　信號回流路徑,即 return current。高速數(shù)字信號在傳輸時，信號的流向是從驅(qū)動器沿 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)動器端。這個在地或電源上的返回信號就稱信號回流路徑。Dr.Johson 在他的書中解釋，高頻信號傳輸，實際上是對傳輸線與直流層之間包夾的介質(zhì)電容充電的過程。SI 分析的就是這個圍場的電磁特性，以及他們之間的耦合。

　　46、如何對接插件進(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，輸入接插件的分布參數(shù)，一般從接插件手冊中得到。當(dāng)然這種方式會不夠精確，但只要在可接受范圍內(nèi)即可。

　　47、請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)鍵的是時序問題，加匹配的目的是改善信號質(zhì)量，在判決時刻得到可以確定的信號。對于電平有效信號，在保證建立、保持時間的前提下，信號質(zhì)量穩(wěn)定;對延有效信號，在保證信號延單調(diào)性前提下，信號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 terminal 的講述，從電磁波原理上講述匹配對信號完整性的作用，可供參考。

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

　　IBIS 模型是行為級模型，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，一個是數(shù)字地和模擬地分開，比如在地層，數(shù)字地是獨立地一塊，模擬地獨立一塊，單點用銅皮或 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。因為電源和地對高頻信號是等效的。

　　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)字電路對模擬電路的干擾。但是，分割可能造成信號回流路徑不完整，影響數(shù)字信號的信號質(zhì)量，影響系統(tǒng) EMC 質(zhì)量。因此，無論分割哪個平面，要看這樣作，信號回流路徑是否被增大，回流信號對正常工作信號干擾有多大?，F(xiàn)在也有一些混合設(shè)計，不分電源和地，在布局時，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。

　　52、安規(guī)問題：FCC、EMC 的具體含義是什么?

　　FCC: federal communication commission 美國通信委員會

　　EMC: electro megnetic compatibility 電磁兼容

　　FCC 是個標(biāo)準(zhǔn)組織，EMC 是一個標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)頒布都有相應(yīng)的原因，標(biāo)準(zhǔn)和測試方法。

　　53、何謂差分布線?

　　差分信號，有些也稱差動信號，用兩根完全一樣，極性相反的信號傳輸一路數(shù)據(jù)，依靠兩根信號電平差進(jìn)行判決。為了保證兩根信號完全一致，在布線時要保持并行，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 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 以上信號的穩(wěn)定性?

　　高速數(shù)字信號布線，關(guān)鍵是減小傳輸線對信號質(zhì)量的影響。因此，100M 以上的高速信號布局時要求信號走線盡量短。數(shù)字電路中，高速信號是用信號上升延時間來界定的。而 且 ，不 同種類的信號(如 TTL,GTL,LVTTL)，確保信號質(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，請問對這樣的 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)計是一個很大的問題。很難有一個完美的解決方案。

　　一般射頻電路在系統(tǒng)中都作為一個獨立的單板進(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，電路較為簡單，所有這些都是為了減少對射頻電路分布參數(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，信號傳輸時延小。在混合電路設(shè)計中，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 的板級系統(tǒng)設(shè)計軟件，除了基本的電路設(shè)計功能外，還有專門的 RF 設(shè)計模塊。在RF原理圖設(shè)計模塊中，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，對于分析仿真后的結(jié)果可以反標(biāo)回原理圖和 PCB。同時，利用 Mentor 軟件的設(shè)計管理功能，可以方便的實現(xiàn)設(shè)計復(fù)用，設(shè)計派生，和協(xié)同設(shè)計。大大加速混合電路設(shè)計進(jìn)程。手機(jī)板是典型的混合電路設(shè)計，很多大型手機(jī)設(shè)計制造商都利用 Mentor 加安杰倫的 eesoft 作為設(shè)計平臺。

　　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)計軟件對 BGA、PGA、COB 等封裝是如何支持的?

　　Mentor 的 autoactive RE 由收購得來的 veribest 發(fā)展而來，是業(yè)界第一個無網(wǎng)格，任意角度布線器。眾所周知，對于球柵數(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，包括有時延要求信號布線和差分對布線。

　　61、Mentor 的 PCB 設(shè)計軟件對差分線隊的處理又如何?

　　Mentor 軟件在定義好差分對屬性后，兩根差分對可以一起走線，嚴(yán)格保證差分對線寬，間距和長度差，遇到障礙可以自動分開，在換層時可以選擇過孔方式。

　　62、在一塊 12 層 PCb 板上，有三個電源層 2.2v，3.3v,5v，將三個電源各作在一層，地線該如何處理?

　　一般說來，三個電源分別做在三層，對信號質(zhì)量比較好。因為不大可能出現(xiàn)信號跨平面層分割現(xiàn)象?？绶指钍怯绊懶盘栙|(zhì)量很關(guān)鍵的一個因素，而仿真軟件一般都忽略了它。對于電源層和地層，對高頻信號來說都是等效的。在實 際 中，除了考慮信號質(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)，層迭對稱，都是需要考慮的因素。

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

　　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)通斷測試，以確保所有聯(lián)線正確。同時，越來越多的廠家也采用 x 光測試，檢查蝕刻或?qū)訅簳r的一些故障。對于貼片加工后的成品板，一般采用 ICT測試檢查，這需要在 PCB 設(shè)計時添加 ICT 測試點。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有所不同。設(shè)計時多加注意，考慮的全面一點，做出電路板的性能也會得到一定的保證。但 ESD 的問題仍然可能出現(xiàn)，因此機(jī)構(gòu)的防護(hù)對ESD 的防護(hù)也是相當(dāng)重要的。

　　66、在做 pcb 板的時候，為了減小干擾，地線是否應(yīng)該構(gòu)成閉和形式?

　　在做 PCB 板的時候，一般來講都要減小回路面積，以便減少干擾，布地線的時候，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、如果仿真器用一個電源，pcb 板用一個電源，這兩個電源的地是否應(yīng)該連在一起?

　　如果可以采用分離電源當(dāng)然較好，因為如此電源間不易產(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 板用的是兩個電源，按我的想法是不該將其共地的。

　　68、一個電路由幾塊 pcb 板構(gòu)成，他們是否應(yīng)該共地?

　　一個電路由幾塊 PCB 構(gòu)成，多半是要求共地的，因為在一個電路中用幾個電源畢竟是不太實際的。但如果你有具體的條件，可以用不同電源當(dāng)然干擾會小些。

　　69、設(shè)計一個手持產(chǎn)品，帶 LCD，外殼為金屬。測試 ESD 時，無法通過 ICE-1000-4-2 的測試，CONTACT 只能通過 1100V，AIR 可以通過 6000V。ESD 耦合測試時，水平只能可以通過 3000V，垂直可以通過 4000V 測試。CPU 主頻為 33MHZ。有什么方法可以通過 ESD 測試?

　　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，同時想辦法讓 LCD 接地。當(dāng)然，如何操作要看具體情況。

　　70、設(shè)計一個含有 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 會對系統(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)象會比較嚴(yán)重，較敏感精細(xì)的系統(tǒng)，ESD 的影響也會相對明顯。雖然大的系統(tǒng)有時 ESD 影響并不明顯，但設(shè)計時還是要多加注意，盡量防患于未然。