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P(yáng)CB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(jìn)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。
產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表:網(wǎng)絡(luò)表是電路原理圖設(shè)計(SCH)與印制電路板設(shè)計(PCB)之間的一座橋梁,它是電路板自動的靈魂。網(wǎng)絡(luò)表可以從電路原理圖中獲得,也可從印制電路板中提取出來。(3)印制電路板的設(shè)計:印制電路板的設(shè)計主要是針對PROTEL99的另外一個重要的部分PCB而言的,在這個過程中,我們借助PROTEL99提供的強(qiáng)大功能實現(xiàn)電路板的版面設(shè)計,完成高難度的等工作。但在實踐中,具體主要以下面細(xì)分步驟為主:一、電路版設(shè)計的先期工作1、利用原理圖設(shè)計工具繪制原理圖,并且生成對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)表。當(dāng)然,有些特殊情況下,如電路版比較簡單,已經(jīng)有了網(wǎng)絡(luò)表等情況下也可以不進(jìn)行原理圖的設(shè)計,直接進(jìn)入PCB設(shè)計系統(tǒng),在PCB設(shè)計系統(tǒng)中,可以直接取用零件封裝,人工生成網(wǎng)絡(luò)表。2、手工更改網(wǎng)絡(luò)表將一些元件的固定用腳等原理圖上沒有的焊盤定義到與它相通的網(wǎng)絡(luò)上,沒任何物理連接的可定義到地或保護(hù)地等。將一些原理圖和PCB封裝庫中引腳名稱不一致的器件引腳名稱改成和PCB封裝庫中的一致,特別是二、三極管等。二、畫出自己定義的非標(biāo)準(zhǔn)器件的封裝庫建議將自己所畫的器件都放入一個自己建立的PCB庫專用設(shè)計文件。三、設(shè)置PCB設(shè)計環(huán)境和繪制印刷電路的版框含中間的鏤空等1、進(jìn)入PCB系統(tǒng)后的第Y步就是設(shè)置PCB設(shè)計環(huán)境,包括設(shè)置格點大小和類型,光標(biāo)類型,版層參數(shù),布線參數(shù)等等。大多數(shù)參數(shù)都可以用系統(tǒng)默認(rèn)值,而且這些參數(shù)經(jīng)過設(shè)置之后,符合個人的習(xí)慣,以后無須再去修改。2、規(guī)劃電路版,主要是確定電路版的邊框,包括電路版的尺寸大小等等。在需要放置固定孔的地方放上適當(dāng)大小的焊盤。對于3mm的螺絲可用6.5~8mm的外徑和3.2~3.5mm內(nèi)徑的焊盤對于標(biāo)準(zhǔn)板可從其它板或PCBizard中調(diào)入。注意-在繪制電路版地邊框前,一定要將當(dāng)前層設(shè)置成KeepOut層,即禁止布線層。四、打開所有要用到的PCB庫文件后,調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表文件和修改零件封裝這一步是非常重要的一個環(huán)節(jié),網(wǎng)絡(luò)表是PCB自動布線的靈魂,也是原理圖設(shè)計與印象電路版設(shè)計的接口,只有將網(wǎng)絡(luò)表裝入后,才能進(jìn)行電路版的布線。在原理圖設(shè)計的過程中,ERC檢查不會涉及到零件的封裝問題。因此,原理圖設(shè)計時,零件的封裝可能被遺忘,在引進(jìn)網(wǎng)絡(luò)表時可以根據(jù)設(shè)計情況來修改或補(bǔ)充零件的封裝。當(dāng)然,可以直接在PCB內(nèi)人工生成網(wǎng)絡(luò)表,并且指定零件封裝。
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(jìn)去也費(fèi)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(bǔ)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)
吉林專業(yè)FPC軟板PCB制板熱風(fēng)整平前處理過程的好壞對熱風(fēng)整平的質(zhì)量影響很大,該工序必須徹底清除焊盤上的油污,專業(yè)FPC軟板雜質(zhì)及氧化層,為浸錫提供新鮮可焊的銅表面?,F(xiàn)在較常采用的前處理工藝是機(jī)械式噴淋,首先是硫酸-雙氧水微蝕刻,微蝕后浸酸,然后是水噴淋沖洗,熱風(fēng)吹干,噴助焊劑,立即熱風(fēng)整平。前處理不良造成的露銅現(xiàn)象是不分類型批次同時大量出現(xiàn)的,露銅點常常是分布整個板面,在邊緣上更是嚴(yán)重。使用放大鏡觀察前處理后的線路板將發(fā)現(xiàn)焊盤上有明顯殘留的氧化點和污跡。出現(xiàn)類似情況應(yīng)對微蝕溶液進(jìn)行化學(xué)分析,檢查第二道酸洗溶液,調(diào)整溶液的濃度更換由于時間使用過長污染嚴(yán)重的溶液,檢查噴淋系統(tǒng)是否通暢。適當(dāng)?shù)难娱L處理時間也可提高處理效果,但需注意會出現(xiàn)的過腐蝕現(xiàn)象,返工的線路板經(jīng)熱風(fēng)整平后處理線再在5%的鹽酸溶液中處理一下,去除表面的氧化物。2.焊盤表面不潔,有殘余的阻焊劑污染焊盤。目前大部份的廠家采用全板絲網(wǎng)印刷液態(tài)感光阻焊油墨,然后通過曝光、顯影去除多余的阻焊劑,得到時間的阻焊圖形。在該過程中,預(yù)烘過程控制不好,溫度過高時間過長都會造成顯影的困難。阻焊底片上是否有缺陷,顯影液的成份及溫度是否正確,顯影時的速度即顯影點是否正確,噴嘴是否堵塞及噴嘴的壓力是否正常,水洗是否良好,其中任何一點情況都會給焊盤上留下殘點。如由于底片的原因形成的露銅一般較有規(guī)律性,都在同一點上。該種情況使用放大鏡可發(fā)現(xiàn)在露銅處有阻焊物質(zhì)的殘留痕跡,PCB設(shè)計一般在固化工序前應(yīng)設(shè)立一崗位對圖形及金屬化孔內(nèi)部進(jìn)行檢查,保證送到下一工序的印刷線路板的焊盤和金屬化孔內(nèi)清潔無阻焊油墨殘留。3.助焊劑活性不夠助焊劑的作用是改善銅表面的潤濕性,保護(hù)層壓板表面不過熱,且為焊料涂層提供保護(hù)作用。如助焊劑活性不夠,銅表面潤濕性不好,焊料就不能完全覆蓋焊盤,其露銅現(xiàn)象與前處理不佳類似,延長前處理時間可減輕露銅現(xiàn)象。現(xiàn)在的助焊劑幾乎全為酸性助焊劑,內(nèi)含有酸性添加劑,如酸性過高會產(chǎn)生咬銅現(xiàn)象嚴(yán)重,造成焊料中的銅含量高引起鉛錫粗糙;酸性過低,則活性弱,會導(dǎo)致露銅。如鉛錫槽中的銅含量大要及時除銅。工藝技術(shù)人員選擇一個質(zhì)量穩(wěn)定可靠的助焊劑對熱風(fēng)整平有重要的影響,優(yōu)良的助焊劑的是熱風(fēng)整平質(zhì)量的保證。
線路板打樣本身的基板是由隔熱、并不易彎曲的材質(zhì)所制作成。在表層能夠看到的很小線路材料是銅箔,原本銅箔是覆蓋在整個線路板板上的,并且在生產(chǎn)過程中部份被蝕刻掉,留下來的就變成網(wǎng)狀的細(xì)小線路了。這些線路被稱作導(dǎo)線或稱布線,用來提供線路板上零件的電路連接。通常PCB板的顏色都是棕色或是綠色,這是阻焊漆的顏色。是絕緣的防護(hù)層,可以保護(hù)銅線,也可以防止零件被焊到錯誤的地方?,F(xiàn)在顯卡和主板上都是多層板,很大程度上可以增加布線的面積。多層板用上了更多單或雙面的布線板,并在每層板間放進(jìn)一層絕緣層后壓合。PCB板的層數(shù)就代表了有幾層獨立的布線層,通常層數(shù)都是偶數(shù),并且包含最外側(cè)的兩層,常見的PCB板一般是4~8層的結(jié)構(gòu)。很多PCB板的層數(shù)可以通過觀看PCB板的切面看出來。但實際上,沒有人能有這么好的眼力。所以,下面再教大家一種方法。多層板打樣的電路連接是通過埋孔和盲孔技術(shù),主板和顯示卡大多使用4層的PCB板,也有些是采用6、8層,甚至10層的PCB板。要想看出是PCB有多少層,通過觀察導(dǎo)孔就可以辯識,因為在主板和顯示卡上使用的4層板是第1、第4層走線,其他幾層另有用途(地線和電源)。所以,同雙層板一樣,導(dǎo)孔會打穿PCB板。如果有的導(dǎo)孔在PCB板正面出現(xiàn),卻在反面找不到,那么就一定是6/8層板了。如果PCB板的正反面都能找到相同的導(dǎo)孔,自然就是4層板了。把主板對著有光處,看到導(dǎo)孔的位置,如果能透光,這就是8/6層板,否就是四層板.
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(jī)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(dá)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(dá)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(fù)載阻抗不匹配時,信號到達(dá)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。