隨著集成電路輸出開關(guān)速度提高以及PCB板密度增加，信號完整性已經(jīng)成為高速數(shù)字PCB設(shè)計必須關(guān)心的問題之一。元器件和PCB板的參數(shù)、元器件在PCB板上的布局、高速信號的布線等因素，都會引起信號完整性問題，導(dǎo)致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，甚至完全不工作。如何在PCB板的設(shè)計過程中充分考慮到信號完整性的因素，并采取有效的控制措施，已經(jīng)成為當(dāng)今PCB設(shè)計業(yè)界中的一個熱門課題。基于信號完整性計算機分析的高速數(shù)字PCB板設(shè)計方法能有效地實現(xiàn)PCB設(shè)計的信號完整性。1. 信號完整性問題概述信號完整性(SI)是指信號在電路中以正確的時序和電壓作出響應(yīng)的能力。如果電路中信號能夠以要求的時序、持續(xù)時間和電壓幅度到達IC，則該電路具有較好的信號完整性。反之，當(dāng)信號不能正常響應(yīng)時，就出現(xiàn)了信號完整性問題。從廣義上講，信號完整性問題主要表現(xiàn)為5個方面：延遲、反射、串?dāng)_、同步切換噪聲(SSN)和電磁兼容性(EMI)。延遲是指信號在PCB板的導(dǎo)線上以有限的速度傳輸，信號從發(fā)送端發(fā)出到達接收端，其間存在一個傳輸延遲。信號的延遲會對系統(tǒng)的時序產(chǎn)生影響，在高速數(shù)字系統(tǒng)中，傳輸延遲主要取決于導(dǎo)線的長度和導(dǎo)線周圍介質(zhì)的介電常數(shù)。另外，當(dāng)PCB板上導(dǎo)線(高速數(shù)字系統(tǒng)中稱為傳輸線)的特征阻抗與負載阻抗不匹配時，信號到達接收端后有一部分能量將沿著傳輸線反射回去，使信號波形發(fā)生畸變，甚至出現(xiàn)信號的過沖和下沖。信號如果在傳輸線上來回反射，就會產(chǎn)生振鈴和環(huán)繞振蕩。

1.系統(tǒng)布局是否保證布線的合理或者最優(yōu)，是否能保證布線的可靠進行，是否能保證電路工作的可靠性。在布局的時候需要對信號的走向以及電源和地線網(wǎng)絡(luò)有整體的了解和規(guī)劃。2.印制板尺寸是否與加工圖紙尺寸相符，能否符合PCB制造工藝要求、有無行為標(biāo)記。這一點需要特別注意，不少PCB板的電路布局和布線都設(shè)計得很漂亮、合理，但是疏忽了定位接插件的精確定位，導(dǎo)致設(shè)計的電路無法和其他電路對接。3.元件在二維、三維空間上有無沖突。注意器件的實際尺寸，特別是器件的高度。在焊接免布局的元器件，高度一般不能超過3mm。4.元件布局是否疏密有序、排列整齊，是否全部布完。在元器件布局的時候，不僅要考慮信號的走向和信號的類型、需要注意或者保護的地方，同時也要考慮器件布局的整體密度，做到疏密均勻。5.需經(jīng)常更換的元件能否方便地更換，插件板插入設(shè)備是否方便。應(yīng)保證經(jīng)常更換的元器件的更換和接插的方便和可靠。6.調(diào)整可調(diào)元件是否方便。7.熱敏元件與發(fā)熱元件之間是否有適當(dāng)?shù)木嚯x。8.在需要散熱的地方是否裝有散熱器或者風(fēng)扇，空氣流是否通暢。應(yīng)注意元器件和電路板的散熱。9.信號走向是否順暢且互連最短。10.插頭、插座等與機械設(shè)計是否矛盾。11.線路的干擾問題是否有所考慮。12.電路板的機械強度和性能是否有所考慮。13.電路板布局的藝術(shù)性及其美觀性。

專業(yè)線路板印制在PCB板的設(shè)計當(dāng)中，可以通過分層、恰當(dāng)?shù)牟季植季€和安裝實現(xiàn)PCB的抗ESD設(shè)計。在設(shè)計過程中，專業(yè)線路板印制加工廠通過預(yù)測可以將絕大多數(shù)設(shè)計修改僅限于增減元器件。通過調(diào)整PCB布局布線，能夠很好地防范ESD。以下是一些常見的防范措施。1、盡可能使用多層PCB相對于雙面PCB而言，地平面和電源平面，以及排列緊密的信號線-地線間距能夠減小共模阻抗和感性耦合，使之達到雙面PCB的1/10到1/100。盡量地將每一個信號層都緊靠一個電源層或地線層。對于頂層和底層表面都有元器件、具有很短連接線以及許多填充地的高密度PCB，可以考慮使用內(nèi)層線。2、對于雙面PCB來說，要采用緊密交織的電源和地柵格。電源線緊靠地線，在垂直和水平線或填充區(qū)之間，要盡可能多地連接。一面的柵格尺寸小于等于60mm，如果可能，柵格尺寸應(yīng)小于13mm。3、確保每一個電路盡可能緊湊。4、盡可能將所有連接器都放在一邊。5、在每一層的機箱地和電路地之間，要設(shè)置相同的“隔離區(qū)”;如果可能，保持間隔距離為0.64mm。6、PCB裝配時，不要在頂層或者底層的焊盤上涂覆任何焊料。使用具有內(nèi)嵌墊圈的螺釘來實現(xiàn)PCB與金屬機箱/屏蔽層或接地面上支架的緊密接觸。

解決EMI問題的辦法很多，現(xiàn)代的EMI抑制方法包括：利用EMI抑制涂層、選用合適的EMI抑制零配件和EMI仿真設(shè)計等。本文從最基本的PCB布板出發(fā)，討論PCB分層堆疊在控制EMI輻射中的作用和設(shè)計技巧。電源匯流排在IC的電源引腳附近合理地安置適當(dāng)容量的電容，可使IC輸出電壓的跳變來得更快。然而，問題并非到此為止。由于電容呈有限頻率響應(yīng)的特性，這使得電容無法在全頻帶上生成干凈地驅(qū)動IC輸出所需要的諧波功率。除此之外，電源匯流排上形成的瞬態(tài)電壓在去耦路徑的電感兩端會形成電壓降，這些瞬態(tài)電壓就是主要的共模EMI干擾源。我們應(yīng)該怎么解決這些問題?就我們電路板上的IC而言，IC周圍的電源層可以看成是優(yōu)良的高頻電容器，它可以收集為干凈輸出提供高頻能量的分立電容器所泄漏的那部份能量。此外，優(yōu)良的電源層的電感要小，從而電感所合成的瞬態(tài)信號也小，進而降低共模EMI。當(dāng)然，電源層到IC電源引腳的連線必須盡可能短，因為數(shù)位信號的上升沿越來越快，最好是直接連到IC電源引腳所在的焊盤上，這要另外討論。為了控制共模EMI，電源層要有助于去耦和具有足夠低的電感，這個電源層必須是一個設(shè)計相當(dāng)好的電源層的配對。有人可能會問，好到什么程度才算好?問題的答案取決于電源的分層、層間的材料以及工作頻率(即IC上升時間的函數(shù))。通常，電源分層的間距是6mil，夾層是FR4材料，則每平方英寸電源層的等效電容約為75pF。顯然，層間距越小電容越大。

覆銅，就是將PCB上閑置的空間作為基準(zhǔn)面，然后用固體銅填充，這些銅區(qū)又稱為灌銅。敷銅的意義在于，減小地線阻抗，提高抗干擾能力;降低壓降，提高電源效率;還有，與地線相連，減小環(huán)路面積。如果PCB的地較多，有SGND、AGND、GND，等等，如何覆銅?我的做法是，根據(jù)PCB板面位置的不同，分別以最主要的“地”作為基準(zhǔn)參考來獨立覆銅，數(shù)字地和模擬地分開來敷銅自不多言。同時在覆銅之前，首先加粗相應(yīng)的電源連線：V5.0V、V3.6V、V3.3V(SD卡供電)，等等。這樣一來，就形成了多個不同形狀的多變形結(jié)構(gòu)。覆銅需要處理好幾個問題：一是不同地的單點連接，二是晶振附近的覆銅，電路中的晶振為一高頻發(fā)射源，做法是在環(huán)繞晶振敷銅，然后將晶振的外殼另行接地。三是孤島(死區(qū))問題，如果覺得很大，那就定義個地過孔添加進去也費不了多大的事。另外，大面積覆銅好還是網(wǎng)格覆銅好，不好一概而論。為什么呢?大面積覆銅，如果過波峰焊時，板子就可能會翹起來，甚至?xí)鹋?。從這點來說，網(wǎng)格的散熱性要好些。通常是高頻電路對抗干擾要求高的多用網(wǎng)格，低頻電路有大電流的電路等常用完整的鋪銅。補充下：在數(shù)字電路中，特別是帶MCU的電路中，兆級以上工作頻率的電路，敷銅的作用就是為了降低整個地平面的阻抗。更具體的處理方法我一般是這樣來操作的：各個核心模塊(也都是數(shù)字電路)在允許的情況下也會分區(qū)敷銅，然后再用線把各個敷銅連接起來，這樣做的目的也是為了減小各級電路之間的影響。對于數(shù)字電路模擬電路 混合的電路，地線的獨立走線，以及到最后到電源濾波電容處的匯總就不多說了，大家都清楚。不過有一點：模擬電路里的地線分布，很多時候不能簡單敷成一片銅皮就了事，因為模擬電路里很注重前后級的互相影響，而且模擬地也要求單點接地，所以能不能把模擬地敷成銅皮還得根據(jù)實際情況處理。(這就要求對所用到的模擬IC的一些特殊性能還是要了解的)

1、PTH造成的孔壁鍍層空洞PTH造成的孔壁鍍層空洞主要是點狀的或環(huán)狀的空洞，具體產(chǎn)生的原因如下：(1)沉銅缸銅含量、氫氧化鈉與甲醛的濃度銅缸的溶液濃度是首先要考慮的。一般來說，銅含量、氫氧化鈉與甲醛的濃度是成比例的，當(dāng)其中的任何一種含量低于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的10%時都會破壞化學(xué)反應(yīng)的平衡，造成化學(xué)銅沉積不良，出現(xiàn)點狀的空洞。所以優(yōu)先考慮調(diào)整銅缸的各藥水參數(shù)。(2)槽液的溫度槽液的溫度對溶液的活性也存在著重要的影響。在各溶液中一般都會有溫度的要求，其中有些是要嚴(yán)格控制的。所以對槽液的溫度也要隨時關(guān)注。(3)活化液的控制二價錫離子偏低會造成膠體鈀的分解，影響鈀的吸附，但只要對活化液定時的進行添加補充，不會造成大的問題?；罨嚎刂频闹攸c是不能用空氣攪拌，空氣中的氧會氧化二價錫離子，同時也不能有水進入，會造成SnCl2的水解。(4)清洗的溫度清洗的溫度常常被人忽視，清洗的最佳溫度是在20℃以上，若低于15℃就會影響清洗的效果。在冬季的時候，水溫會變的很低，尤其是在北方。由于水洗的溫度低，板子在清洗后的溫度也會變的很低，在進入銅缸后板子的溫度不能立刻升上來，會因為錯過了銅沉積的黃金時間而影響沉積的效果。所以在環(huán)境溫度較低的地方，也要注意清洗水的溫度。(5)整孔劑的使用溫度、濃度與時間藥液的溫度有著較嚴(yán)格的要求，過高的溫度會造成整孔劑的分解，使整孔劑的濃度變低，影響整孔的效果，其明顯的特征是在孔內(nèi)的玻璃纖維布處出現(xiàn)點狀空洞。只有藥液的溫度、濃度與時間妥善的配合，才能得到良好的整孔效果，同時又能節(jié)約成本。藥液中不斷累積的銅離子濃度，也必須嚴(yán)格控制。(6)還原劑的使用溫度、濃度與時間還原的作用是去除去鉆污后殘留的錳酸鉀和高錳酸鉀，藥液相關(guān)參數(shù)的失控都會影響其作用，其明顯的特征是在孔內(nèi)的樹脂處出現(xiàn)點狀空洞。(7)震蕩器和搖擺