在高速設(shè)計(jì)中，可控阻抗板和線路的特性阻抗問(wèn)題困擾著許多中國(guó)工程師。本文通過(guò)簡(jiǎn)單而且直觀的方法介紹了特性阻抗的基本性質(zhì)、計(jì)算和測(cè)量方法。在高速設(shè)計(jì)中，可控阻抗板和線路的特性阻抗是最重要和最普遍的問(wèn)題之一。首先了解一下傳輸線的定義：傳輸線由兩個(gè)具有一定長(zhǎng)度的導(dǎo)體組成，一個(gè)導(dǎo)體用來(lái)發(fā)送信號(hào)，另一個(gè)用來(lái)接收信號(hào)(切記“回路”取代“地”的概念)。在一個(gè)多層板中，每一條線路都是傳輸線的組成部分，鄰近的參考平面可作為第二條線路或回路。一條線路成為“性能良好”傳輸線的關(guān)鍵是使它的特性阻抗在整個(gè)線路中保持恒定。線路板成為“可控阻抗板”的關(guān)鍵是使所有線路的特性阻抗?jié)M足一個(gè)規(guī)定值，通常在25歐姆和70歐姆之間。在多層線路板中，傳輸線性能良好的關(guān)鍵是使它的特性阻抗在整條線路中保持恒定。但是，究竟什么是特性阻抗?理解特性阻抗最簡(jiǎn)單的方法是看信號(hào)在傳輸中碰到了什么。當(dāng)沿著一條具有同樣橫截面?zhèn)鬏斁€移動(dòng)時(shí)，這類似圖1所示的微波傳輸。假定把1伏特的電壓階梯波加到這條傳輸線中，如把1伏特的電池連接到傳輸線的前端(它位于發(fā)送線路和回路之間)，一旦連接，這個(gè)電壓波信號(hào)沿著該線以光速傳播，它的速度通常約為6英寸/納秒。當(dāng)然，這個(gè)信號(hào)確實(shí)是發(fā)送線路和回路之間的電壓差，它可以從發(fā)送線路的任何一點(diǎn)和回路的相臨點(diǎn)來(lái)衡量。圖2是該電壓信號(hào)的傳輸示意圖。Zen的方法是先“產(chǎn)生信號(hào)”，然后沿著這條傳輸線以6英寸/納秒的速度傳播。第Y個(gè)0.01納秒前進(jìn)了0.06英寸，這時(shí)發(fā)送線路有多余的正電荷，而回路有多余的負(fù)電荷，正是這兩種電荷差維持著這兩個(gè)導(dǎo)體之間的1伏電壓差，而這兩個(gè)導(dǎo)體又組成了一個(gè)電容器。在下一個(gè)0.01納秒中，又要將一段0.06英寸傳輸線的電壓從0調(diào)整到1伏特，這必須加一些正電荷到發(fā)送線路，而加一些負(fù)電荷到接收線路。每移動(dòng)0.06英寸，必須把更多的正電荷加到發(fā)送線路，而把更多的負(fù)電荷加到回路。每隔0.01納秒，必須對(duì)傳輸線路的另外一段進(jìn)行充電，然后信號(hào)開始沿著這一段傳播。電荷來(lái)自傳輸線前端的電池，當(dāng)沿著這條線移動(dòng)時(shí)，就給傳輸線的連續(xù)部分充電，因而在發(fā)送線路和回路之間形成了1伏特的電壓差。每前進(jìn)0.01納秒，就從電池中獲得一些電荷(±Q)，恒定的時(shí)間間隔(±t)內(nèi)從電池中流出的恒定電量(±Q)就是一種恒定電流。流入回路的負(fù)電流實(shí)際上與流出的正電流相等，而且正好在信號(hào)波的前端，交流電流通過(guò)上、下線路組成的電容，結(jié)束整個(gè)循環(huán)過(guò)程。

在PCB(印制電路板)中，印制導(dǎo)線用來(lái)實(shí)現(xiàn)電路元件和器件之間電氣連接，是PCB中的重要組件，PCB導(dǎo)線多為銅線，銅自身的物理特性也導(dǎo)致其在導(dǎo)電過(guò)程中必然存在一定的阻抗，導(dǎo)線中的電感成分會(huì)影響電壓信號(hào)的傳輸，而電阻成分則會(huì)影響電流信號(hào)的傳輸，在高頻線路中電感的影響尤為嚴(yán)重，因此，在PCB設(shè)計(jì)中必須注意和消除印制導(dǎo)線阻抗所帶來(lái)的影響。1印制導(dǎo)線產(chǎn)生干擾的原因PCB上的印制導(dǎo)線通電后在直流或交流狀態(tài)下分別對(duì)電流呈現(xiàn)電阻或感抗，而平行導(dǎo)線之間存在電感效應(yīng)，電阻效應(yīng)，電導(dǎo)效應(yīng)，互感效應(yīng);一根導(dǎo)線上的變化電流必然影響另一根導(dǎo)線，從而產(chǎn)生干擾;PCB板外連接導(dǎo)線甚至元器件引線都可能成為發(fā)射或接收干擾信號(hào)的天線。印制導(dǎo)線的直流電阻和交流阻抗可以通過(guò)公式和公式來(lái)計(jì)算，R=PL/S和XL=2πfL式中L為印制導(dǎo)線長(zhǎng)度(m)，s為導(dǎo)線截面積(mm2)，ρ為銅的電阻率，TT為常數(shù)，f為交流頻率。正是由于這些阻抗的存在，從而產(chǎn)生一定的電位差，這些電位差的存在，必然會(huì)帶來(lái)干擾，從而影響電路的正常工作。2 PCB電流與導(dǎo)線寬度的關(guān)系PCB導(dǎo)線寬度與電路電流承載值有關(guān)，一般導(dǎo)線越寬，承載電流的能力越強(qiáng)。在實(shí)際的PCB制作過(guò)程中，導(dǎo)線寬度應(yīng)以能滿足電氣性能要求而又便于生產(chǎn)為宜，它的最小值以承受的電流大小而定，導(dǎo)線寬度和間距可取0.3mm(12mil)。導(dǎo)線的寬度在大電流的情況下還要考慮其溫升問(wèn)題。PCB設(shè)計(jì)銅鉑厚度、線寬

相信對(duì)做硬件的工程師，畢業(yè)開始進(jìn)公司時(shí)，在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，老工程師都會(huì)對(duì)他說(shuō)，PCB走線不要走直角，走線一定要短，電容一定要就近擺放等等。但是一開始我們可能都不了解為什么這樣做，就憑他們的幾句經(jīng)驗(yàn)對(duì)我們來(lái)說(shuō)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的哦，當(dāng)然如果你沒有注意這些細(xì)節(jié)問(wèn)題，今后又犯了，可能又會(huì)被他們罵，“都說(shuō)了多少遍了電容一定要就近擺放，放遠(yuǎn)了起不到效果等等”，往往經(jīng)驗(yàn)告訴我們其實(shí)那些老工程師也是只有一部分人才真正掌握其中的奧妙，我們一開始不會(huì)也不用難過(guò)，多看看資料很快就能掌握的。直到被罵好幾次后我們回去找相關(guān)資料，為什么設(shè)計(jì)PCB電容要就近擺放呢，等看了資料后就能了解一些，可是網(wǎng)上的資料很雜散，很少能找到一個(gè)很全方面講解的。下面這些內(nèi)容是我轉(zhuǎn)載的一篇關(guān)于電容去耦半徑的講解，相信你看了之后可以很牛x的回答和避免類似問(wèn)題的發(fā)生。老師問(wèn)： 為什么去耦電容就近擺放呢?學(xué)生答： 因?yàn)樗杏行О霃脚?，放的遠(yuǎn)了失效的。電容去耦的一個(gè)重要問(wèn)題是電容的去耦半徑。大多數(shù)資料中都會(huì)提到電容擺放要盡量靠近芯片，多數(shù)資料都是從減小回路電感的角度來(lái)談這個(gè)擺放距離問(wèn)題。確實(shí)，減小電感是一個(gè)重要原因，但是還有一個(gè)重要的原因大多數(shù)資料都沒有提及，那就是電容去耦半徑問(wèn)題。如果電容擺放離芯片過(guò)遠(yuǎn)，超出了它的去耦半徑，電容將失去它的去耦的作用。理解去耦半徑最好的辦法就是考察噪聲源和電容補(bǔ)償電流之間的相位關(guān)系。當(dāng)芯片對(duì)電流的需求發(fā)生變化時(shí)，會(huì)在電源平面的一個(gè)很小的局部區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生電壓擾動(dòng)，電容要補(bǔ)償這一電流(或電壓)，就必須先感知到這個(gè)電壓擾動(dòng)。信號(hào)在介質(zhì)中傳播需要一定的時(shí)間，因此從發(fā)生局部電壓擾動(dòng)到電容感知到這一擾動(dòng)之間有一個(gè)時(shí)間延遲。同樣，電容的補(bǔ)償電流到達(dá)擾動(dòng)區(qū)也需要一個(gè)延遲。因此必然造成噪聲源和電容補(bǔ)償電流之間的相位上的不一致。

這里主要是說(shuō)了從PCB設(shè)計(jì)封裝來(lái)解析選擇元件的技巧。元件的封裝包含很多信息，包含元件的尺寸，特別是引腳的相對(duì)位置關(guān)系，還有元件的焊盤類型。當(dāng)然我們根據(jù)元件封裝選擇元件時(shí)還有一個(gè)要注意的地方是要考慮元件的外形尺寸。引腳位置關(guān)系：主要是指我們需要將實(shí)際的元件的引腳和PCB元件的封裝的尺寸對(duì)應(yīng)起來(lái)。我們選擇不同的元件，雖然功能相同，但是元件的封裝很可能不一樣。我們需要保證PCB焊盤尺寸位置正確才能保證元件能正確焊接。焊盤的選擇：這個(gè)是我們需要考慮的比較多的地方。首先包括焊盤的類型。其類型包括兩種，一是電鍍通孔，一種是表貼類型。我們需要考慮的因素有器件成本、可用性、器件面積密度和功耗等因數(shù)。從制造角度看，表貼器件通常要比通孔器件便宜，而且一般可用性較高。對(duì)于我們一般設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，我們選擇表貼元件，不僅方便手工焊接，而且有利于查錯(cuò)和調(diào)試過(guò)程中更好的連接焊盤和信號(hào)。其次我們還應(yīng)該注意焊盤的位置。因?yàn)椴煌奈恢?，就代表元件?shí)際當(dāng)中不同的位置。我們?nèi)绻缓侠戆才藕副P的位置，很有可能就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)區(qū)域元件過(guò)密，而另外一個(gè)區(qū)域元件很稀疏的情況，當(dāng)然情況更糟糕的是由于焊盤位置過(guò)近，導(dǎo)致元件之間空隙過(guò)小而無(wú)法焊接，下面就是我失敗的一個(gè)例子，我在一個(gè)光耦開關(guān)旁邊開了通孔，但是由于它們的位置過(guò)近，導(dǎo)致光耦開關(guān)焊接上去以后，通孔無(wú)法再放置螺絲了。

1. 如果是人工焊接，要養(yǎng)成好的習(xí)慣，首先，焊接前要目視檢查一遍PCB板，并用萬(wàn)用表檢查關(guān)鍵電路(特別是電源與地)是否短路;其次，每次焊接完一個(gè)芯片就用萬(wàn)用表測(cè)一下電源和地是否短路;此外，焊接時(shí)不要亂甩烙鐵，如果把焊錫甩到芯片的焊腳上(特別是表貼元件)，就不容易查到。2. 在計(jì)算機(jī)上打開PCB圖，點(diǎn)亮短路的網(wǎng)絡(luò)，看什么地方離的最近，最容易被連到一塊。特別要注意IC內(nèi)部短路。3. 發(fā)現(xiàn)有短路現(xiàn)象。拿一塊板來(lái)割線(特別適合單/雙層板),割線后將每部分功能塊分別通電,一部分一部分排除。4. 使用短路定位分析儀，如：新加坡PROTEQ CB2000短路追蹤儀，香港靈智科技QT50短路追蹤儀，英國(guó)POLAR ToneOhm950多層板路短路探測(cè)儀等等。5. 如果有BGA芯片，由于所有焊點(diǎn)被芯片覆蓋看不見，而且又是多層板(4層以上)，因此最好在設(shè)計(jì)時(shí)將每個(gè)芯片的電源分割開，用磁珠或0歐電阻連接，這樣出現(xiàn)電源與地短路時(shí)，斷開磁珠檢測(cè)，很容易定位到某一芯片。由于BGA的焊接難度大，如果不是機(jī)器自動(dòng)焊接，稍不注意就會(huì)把相鄰的電源與地兩個(gè)焊球短路。

山東開發(fā)PCB抄板設(shè)計(jì)一、PCB沉金采用的是化學(xué)沉積的方法，通過(guò)化學(xué)氧化還原反應(yīng)的方法生成一層鍍層，一般厚度較厚，開發(fā)PCB抄板設(shè)計(jì)是化學(xué)鎳金金層沉積方法的一種，可以達(dá)到較厚的金層。二、PCB鍍金采用的是電解的原理，也叫電鍍方式。其他金屬表面處理也多數(shù)采用的是電鍍方式。在實(shí)際產(chǎn)品應(yīng)用中，90%的金板是沉金板，因?yàn)殄兘鸢搴附有圆钍撬闹旅秉c(diǎn)，也是導(dǎo)致很多公司放棄鍍金工藝的直接原因!沉金工藝在印制線路表面上沉積顏色穩(wěn)定，光亮度好，鍍層平整，可焊性良好的鎳金鍍層?；究煞譃樗膫€(gè)階段：前處理(除油，微蝕，活化、后浸)，沉鎳，沉金，后處理(廢金水洗，DI水洗，烘干)。沉金厚度在0.025-0.1um間。金應(yīng)用于電路板表面處理，因?yàn)榻鸬膶?dǎo)電性強(qiáng)，抗氧化性好，壽命長(zhǎng)，而鍍金板與沉金板最根本的區(qū)別在于，鍍金是硬金(耐磨)，沉金是軟金(不耐磨)。1、沉金與鍍金所形成的晶體結(jié)構(gòu)不一樣，沉金對(duì)于金的厚度比鍍金要厚很多，沉金會(huì)呈金黃色，較鍍金來(lái)說(shuō)更黃(這是區(qū)分鍍金和沉金的方法之一)，鍍金的會(huì)稍微發(fā)白(鎳的顏色)。2、沉金與鍍金所形成的晶體結(jié)構(gòu)不一樣，沉金相對(duì)鍍金來(lái)說(shuō)更容易焊接，不會(huì)造成焊接不良。沉金板的應(yīng)力更易控制，對(duì)有邦定的產(chǎn)品而言，更有利于邦定的加工。同時(shí)也正因?yàn)槌两鸨儒兘疖?，所以沉金板做金手指不耐?沉金板的缺點(diǎn))。3、PCB沉金板只有焊盤上有鎳金，趨膚效應(yīng)中信號(hào)的傳輸是在銅層不會(huì)對(duì)信號(hào)有影響。4、沉金較鍍金來(lái)說(shuō)晶體結(jié)構(gòu)更致密，不易產(chǎn)成氧化。5、隨著電路板加工精度要求越來(lái)越高，線寬、間距已經(jīng)到了0.1mm以下。鍍金則容易產(chǎn)生金絲短路。沉金板只有焊盤上有鎳金，所以不容易產(chǎn)成金絲短路。