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經(jīng)典,關于PCB布線的20個問題

  • 發(fā)布時間:2021-04-08 09:45:34
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1. 高頻信號布線時要注意哪些問題?

信號線的阻抗匹配;與其他信號線的空間隔離;對于數(shù)字高頻信號,差分線效果會更好。

 

2. 在布板時,如果線密,孔就可能要多,當然就會影響板子的電氣性能,怎樣提高板子的電氣性能?

對于低頻信號,過孔不要緊,高頻信號盡量減少過孔。如果線多可以考慮多層板。

 

3. 是不是板子上加的去耦電容越多越好?

去耦電容需要在合適的位置加合適的值。例如,在模擬器件的供電端口就需要加,并且需要用不同的電容值去濾除不同頻率的雜散信號。

 

4. 一個好的板子它的標準是什么?

布局合理、電源線功率冗余度足夠、高頻阻抗、低頻走線簡潔。

 

5. 通孔和盲孔對信號的差異影響有多大?應用的原則是什么?

采用盲孔或埋孔是提高多層板密度、減少層數(shù)和板面尺寸的有效方法,并大大減少了鍍覆通孔的數(shù)量。

但相比較而言,通孔在工藝上好實現(xiàn),成本較低,所以一般設計中都使用通孔。

 

6. 在涉及模擬數(shù)字混合系統(tǒng)的時候,有人建議電層分割,地平面采取整片敷銅,也有人建議電地層都分割,不同的地在電源端點接,但是這樣對信號的回流路徑就遠了,具體應用時應如何選擇合適的方法?

如果有高頻>20MHz信號線,并且長度和數(shù)量都比較多,那么需要至少兩層給這個模擬高頻信號。一層信號線,一層大面積地,并且信號線層需要打足夠的過孔到地。這樣的目的是:

  • 對于模擬信號,這提供了一個完整的傳輸介質(zhì)和阻抗匹配;

  • 地平面把模擬信號和其他數(shù)字信號進行隔離;

  • 地回路足夠小,因為你打了很多過孔,地又是一個大平面。

 

7. 在電路板中,信號輸入插件在PCB最左邊沿,MCU在靠右邊,那么在布局時是把穩(wěn)壓電源芯片放置在源靠近接插件(電源 IC輸出5V經(jīng)過一段比較長的路徑才到達MCU),還是把電源IC放置到中間偏右(電源IC的輸出5V的線到達MCU就比較短,但輸入電源段線就經(jīng)過比較長一段PCB板)?或是有更好的布局?

首先信號輸入插件是否是模擬器件?如果是模擬器件,建議電源布局應盡量不影響到模擬部分的信號完整性。因此有幾點需要考慮:

穩(wěn)壓電源芯片是否是比較干凈,紋波小的電源?模擬部分的供電,對電源的要求比較高;
模擬部分和MCU是否是一個電源,在高精度電路的設計中,建議把模擬部分和數(shù)字部分的電源分開;
對數(shù)字部分的供電需要考慮到盡量減小對模擬電路部分的影響。

 

8. 在高速信號鏈的應用中,對于多ASIC都存在模擬地和數(shù)字地,究竟是采用地分割,還是不分割地?既有準則是什么?哪種效果更好?

迄今為止沒有定論。一般情況下可以查閱芯片的手冊。ADI所有混合芯片的手冊中都是推薦你一種接地的方案,有些是推薦共地、有些是建議隔離地,這取決于芯片設計。

 

9. 何時要考慮線的等長?如果要考慮使用等長線的話,兩根信號線之間的長度之差最大不能超過多少?如何計算?

差分線計算思路:如果傳一個正弦信號,長度差等于它傳輸波長的一半,相位差就是180度,這時兩個信號就完全抵消了。所以這時的長度差是最大值。以此類推,信號線差值一定要小于這個值。

 

10. 高速中的蛇形走線,適合在哪種情況?有什么缺點沒?比如對于差分走線,又要求兩組信號是正交的。

蛇形走線,因為應用場合不同而具有不同的作用:
如果蛇形走線在計算機板中出現(xiàn),其主要起到一個濾波電感和阻抗匹配的作用,用于提高電路的抗干擾能力。計算機主機板中的蛇形走線,主要用在一些時鐘信號中,如PCI-Clk、AGPCIK、IDE、DIMM等信號線。

若在一般普通PCB板中,除了具有濾波電感的作用外,還可作為收音機天線的電感線圈等等。如2.4G的對講機中就用作電感。

對一些信號布線長度要求必須嚴格等長,高速數(shù)字PCB板的等線長是為了使各信號的延遲差保持在一個范圍內(nèi),保證系統(tǒng)在同一周期內(nèi)讀取的數(shù)據(jù)的有效性(延遲差超過一個時鐘周期時會錯讀下一周期的數(shù)據(jù))。如INTELHUB架構中的HUBLink,一共13根,使用233MHz的頻率,要求必須嚴格等長,以消除時滯造成的隱患,繞線是惟一的解決辦法。一般要求延遲差不超過1/4時鐘周期,單位長度的線延遲差也是固定的,延遲跟線寬、線長、銅厚、板層結構有關,但線過長會增大分布電容和分布電感,使信號質(zhì)量有所下降。所以時鐘 IC引腳一般都接端接,但蛇形走線并非起電感的作用。相反地,電感會使信號中的上升沿中的高次諧波相移,造成信號質(zhì)量惡化,所以要求蛇形線間距最少是線寬的兩倍。信號的上升時間越小,就越易受分布電容和分布電感的影響。

蛇形走線在某些特殊的電路中起到一個分布參數(shù)的LC濾波器的作用。

 

11. 在設計PCB時,如何考慮電磁兼容性EMC/EMI,具體需要考慮哪些方面?采取哪些措施?

EMI/EMC設計必須一開始布局時就要考慮到器件的位置,PCB疊層的安排,重要聯(lián)機的走法, 器件的選擇等。例如時鐘發(fā)生器的位置盡量不要靠近對外的連接器,高速信號盡量走內(nèi)層并注意特性阻抗匹配與參考層的連續(xù)以減少反射,器件所推的信號之斜率(slew rate)盡量小以降低高頻成分,選擇去耦合(decoupling/bypass)電容時注意其頻率響應是否符合需求以降低電源層噪聲。另外,注意高頻信號電流之回流路徑使其回路面積盡量?。ㄒ簿褪腔芈纷杩筶oop impedance盡量?。┮詼p少輻射。還可以用分割地層的方式以控制高頻噪聲的范圍。


最后,適當?shù)倪x擇PCB與外殼的接地點(chassis ground)。

 

12. 請問射頻寬帶電路PCB的傳輸線設計有何需要注意的地方?傳輸線的地孔如何設置比較合適,阻抗匹配是需要自己設計還是要和PCB加工廠家合作?

這個問題要考慮很多因素。比如PCB材料的各種參數(shù),根據(jù)這些參數(shù)最后建立的傳輸線模型,器件的參數(shù)等。阻抗匹配一般要根據(jù)廠家提供的資料來設計。

 

13. 在模擬電路和數(shù)字電路并存的時候,如一半是FPGA或單片機數(shù)字電路部分,另一半是DAC和相關放大器的模擬電路部分。各種電壓值的電源較多,遇到數(shù)模雙方電路都要用到的電壓值的電源,是否可以用共同的電源,在布線和磁珠布置上有什么技巧?

一般不建議這樣使用,這樣使用會比較復雜,也很難調(diào)試。

 

14. 在進行高速多層PCB設計時,關于電阻電容等器件的封裝的選擇的,主要依據(jù)是什么?常用哪些封裝,能否舉幾個例子。

0402是手機常用;0603是一般高速信號的模塊常用;依據(jù)是封裝越小寄生參數(shù)越小,當然不同廠家的相同封裝在高頻性能上有很大差異。建議你在關鍵的位置使用高頻專用元件。

 

15. 一般在設計中雙面板是先走信號線還是先走地線?

這個要綜合考慮。在首先考慮布局的情況下,考慮走線。

 

16. 在進行高速多層PCB設計時,最應該注意的問題是什么?能否做詳細說明問題的解決方案。

最應該注意的是設計,就是信號線、電源線、地、控制線這些你是如何劃分在每個層的。一般的原則是模擬信號和模擬信號地至少要保證單獨的一層。電源也建議用單獨一層。

 

17. 請問具體何時用2層板,4層板,6層板?在技術上有沒有嚴格的限制(除去體積原因)?是以CPU的頻率為準還是其和外部器件數(shù)據(jù)交互的頻率為準?

采用多層板首先可以提供完整的地平面,另外可以提供更多的信號層,方便走線。對于CPU要去控制外部存儲器件的應用,應以交互的頻率為考慮,如果頻率較高,完整的地平面是一定要保證的,此外信號線最好要保持等長。

 

18. PCB布線對模擬信號傳輸?shù)挠绊懭绾畏治?,如何區(qū)分信號傳輸過程中引入的噪聲是布線導致還是運放器件導致?

這個很難區(qū)分,只能通過PCB布線來盡量避免布線引入額外噪聲。

 

19. 對高速多層PCB來說,電源線、地線與信號線的線寬設置為多少是合適的,常用設置是怎樣的,能舉例說明嗎?例如工作頻率在300Mhz的時候該怎么設置?

300MHz的信號一定要做阻抗仿真計算出線寬和線和地的距離;電源線需要根據(jù)電流的大小決定線寬,在混合信號PCB的時候一般就不用"線"來表示地了,而是用整個平面,這樣才能保證回路電阻最小,并且信號線下面有一個完整的平面。

 

20. 怎樣的布局才能達到最好的散熱效果?

PCB中熱量的來源主要有三個方面:電子元器件的發(fā)熱;PCB本身的發(fā)熱;其它部分傳來的熱。

在這三個熱源中,元器件的發(fā)熱量最大,是主要熱源,其次是PCB板產(chǎn)生的熱,外部傳入的熱量取決于系統(tǒng)的總體熱設計,暫時不做考慮。

那么熱設計的目的是采取適當?shù)拇胧┖头椒ń档驮骷臏囟群蚉CB板的溫度,使系統(tǒng)在合適的溫度下正常工作。主要是通過減小發(fā)熱,和加快散熱來實現(xiàn)。

 

(來源:國際電子商情)

THE END

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