隨著集成電路輸出開(kāi)關(guān)速度提高以及PCB板密度增加，信號(hào)完整性已經(jīng)成為高速數(shù)字PCB設(shè)計(jì)必須關(guān)心的問(wèn)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(hào)的布線等因素，都會(huì)引起信號(hào)完整性問(wèn)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(jì)過(guò)程中充分考慮到信號(hào)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(jì)業(yè)界中的一個(gè)熱門(mén)課題。基于信號(hào)完整性計(jì)算機(jī)分析的高速數(shù)字PCB板設(shè)計(jì)方法能有效地實(shí)現(xiàn)PCB設(shè)計(jì)的信號(hào)完整性。1. 信號(hào)完整性問(wèn)題概述信號(hào)完整性(SI)是指信號(hào)在電路中以正確的時(shí)序和電壓作出響應(yīng)的能力。如果電路中信號(hào)能夠以要求的時(shí)序、持續(xù)時(shí)間和電壓幅度到達(dá)IC，則該電路具有較好的信號(hào)完整性。反之，當(dāng)信號(hào)不能正常響應(yīng)時(shí)，就出現(xiàn)了信號(hào)完整性問(wèn)題。從廣義上講，信號(hào)完整性問(wèn)題主要表現(xiàn)為5個(gè)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(hào)在PCB板的導(dǎo)線上以有限的速度傳輸，信號(hào)從發(fā)送端發(fā)出到達(dá)接收端，其間存在一個(gè)傳輸延遲。信號(hào)的延遲會(huì)對(duì)系統(tǒng)的時(shí)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(zhǎng)度和導(dǎo)線周?chē)橘|(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(chēng)為傳輸線)的特征阻抗與負(fù)載阻抗不匹配時(shí)，信號(hào)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(hào)波形發(fā)生畸變，甚至出現(xiàn)信號(hào)的過(guò)沖和下沖。信號(hào)如果在傳輸線上來(lái)回反射，就會(huì)產(chǎn)生振鈴和環(huán)繞振蕩。

一、快速確定PCB外形設(shè)計(jì)PCB先要確定電路板的外形，通常就是在禁止布線層畫(huà)出電氣的布線范圍。除非有特殊要求，一般電路板的形狀都為矩形，長(zhǎng)寬比一般為3：2或者4：3較為理想。在畫(huà)之前可以任意畫(huà)出兩條橫線和兩條豎線，然后利用“放置工具條”里的“設(shè)置原點(diǎn)”工具將某一條線段的端點(diǎn)設(shè)為原點(diǎn)即坐標(biāo)為(0，0)，之后雙擊每一條線段，對(duì)其起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)值進(jìn)行相應(yīng)的更改，使4條線段首尾相接，形成一個(gè)封閉的矩形框，電路板的外型確定也就完成了。如果在畫(huà)圖的過(guò)程中需要調(diào)整電路板的大小，只要修改每條線段的相應(yīng)坐標(biāo)值即可。從成本、敷銅線長(zhǎng)度、抗噪聲能力考慮，電路板尺寸越小越好，但是板尺寸太小，則散熱不良，且相鄰的導(dǎo)線容易引起干擾。不過(guò)，當(dāng)電路板的尺寸大于200mm×150mm時(shí)，應(yīng)該考慮電路板的機(jī)械強(qiáng)度，適當(dāng)加裝固定孔，以便起到支撐的作用。二、元件布局開(kāi)始布局之前首先要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)表載入元器件，這個(gè)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到網(wǎng)絡(luò)表無(wú)法完全載入的錯(cuò)誤，主要可歸為兩類(lèi)：一類(lèi)是找不到元件，解決方法是確認(rèn)原理圖中已定義元件的封裝形式，并確認(rèn)已添加相應(yīng)的PCB元件庫(kù)，若仍找不到元件就要自己造一個(gè)元件封裝了;另一類(lèi)是丟失引腳，最常見(jiàn)的就是二極管、三極管的引腳丟失，這是由于原理圖中的引腳一般是字母A、K、E、B、C，而PCB元件的引腳則是數(shù)字1、2、3，解決方法就是更改原理圖的定義，或者更改PCB元件的定義使其一致即可。有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者一般都會(huì)根據(jù)實(shí)際元件的封裝外形建立一個(gè)自己的PCB元件庫(kù)，使用方便而且不易出錯(cuò)。進(jìn)行布局時(shí)，必須要遵循一些基本規(guī)則：(1)特殊元件特殊考慮高頻元件之間要盡量靠近，連線越短越好;具有高電位差的元件之間距離盡量加大;重量大的元器件應(yīng)該有支架固定;發(fā)熱的元件應(yīng)遠(yuǎn)離熱敏元件并加裝相應(yīng)的散熱片或置于板外;電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容、微動(dòng)開(kāi)關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)該考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求，以方便調(diào)節(jié)為準(zhǔn)?？傊?，一些特殊的元器件在布局時(shí)要從元件本身的特性、機(jī)箱的結(jié)構(gòu)、維修調(diào)試的方便性等多方面綜合考慮，以保證做出一塊穩(wěn)定、好用的PCB板。

1)專(zhuān)門(mén)用于探測(cè)的測(cè)試焊盤(pán)的直徑應(yīng)該不小于0.9mm 。2) 測(cè)試焊盤(pán)周?chē)目臻g應(yīng)大于0.6mm 而小于5mm 。如果元器件的高度大于6. 7mm，那么測(cè)試焊盤(pán)應(yīng)置于該元器件5mm 以外。3) 在距離印制電路板邊緣3mm 以?xún)?nèi)不要放置任何元器件或測(cè)試焊盤(pán)。4) 測(cè)試焊盤(pán)應(yīng)放在一個(gè)網(wǎng)格中2.5mm孔的中心。如果有可能，允許使用標(biāo)準(zhǔn)探針和一個(gè)更可靠的固定裝置。5) 不要依靠連接器指針的邊緣來(lái)進(jìn)行焊盤(pán)測(cè)試。測(cè)試探針很容易損壞鍍金指針。6) 避免鍍通孔-印制電路板兩邊的探查。把測(cè)試頂端通過(guò)孔放到印制電路板的非元器件/焊接面上。

一個(gè)高明的CAD工程師需要做的是：如何綜合考慮各方意見(jiàn)，達(dá)到最佳結(jié)合點(diǎn)。以下為EDADOC專(zhuān)家根據(jù)個(gè)人在通訊產(chǎn)品PCB設(shè)計(jì)的多年經(jīng)驗(yàn)，所總結(jié)出來(lái)的層疊設(shè)計(jì)參考，與大家共享。 PCB層疊設(shè)計(jì)基本原則 CAD工程師在完成布局(或預(yù)布局)后，重點(diǎn)對(duì)本板的布線瓶徑處進(jìn)行分析，再結(jié)合EDA軟件關(guān)于布線密度(PIN/RAT)的報(bào)告參數(shù)、綜合本板諸如差分線、敏感信號(hào)線、特殊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等有特殊布線要求的信號(hào)數(shù)量、種類(lèi)確定布線層數(shù);再根據(jù)單板的電源、地的種類(lèi)、分布、有特殊布線需求的信號(hào)層數(shù)，綜合單板的性能指標(biāo)要求與成本承受能力，確定單板的電源、地的層數(shù)以及它們與信號(hào)層的相對(duì)排布位置。單板層的排布一般原則：A)與元件面相鄰的層為地平面，提供器件屏蔽層以及為頂層布線提供回流平面;B)所有信號(hào)層盡可能與地平面相鄰(確保關(guān)鍵信號(hào)層與地平面相鄰);C)主電源盡可能與其對(duì)應(yīng)地相鄰;D)盡量避免兩信號(hào)層直接相鄰;

上海廠家FPC軟板解決EMI問(wèn)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(jì)等。FPC軟板生產(chǎn)商本文從最基本的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(jì)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(lái)得更快。然而，問(wèn)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(wú)法在全頻帶上生成干凈地驅(qū)動(dòng)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(huì)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(wèn)題?就我們電路板上的IC而言，IC周?chē)碾娫磳涌梢钥闯墒莾?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(hào)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?yàn)閿?shù)位信號(hào)的上升沿越來(lái)越快，最好是直接連到IC電源引腳所在的焊盤(pán)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(gè)電源層必須是一個(gè)設(shè)計(jì)相當(dāng)好的電源層的配對(duì)。有人可能會(huì)問(wèn)，好到什么程度才算好?問(wèn)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(shí)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。

現(xiàn)在市面上流行的EDA工具軟件很多，但除了使用的術(shù)語(yǔ)和功能鍵的位置不一樣外都大同小異，如何用這些工具更好地實(shí)現(xiàn)PCB的設(shè)計(jì)呢?在開(kāi)始布線之前對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行認(rèn)真的分析以及對(duì)工具軟件進(jìn)行認(rèn)真的設(shè)置將使設(shè)計(jì)更加符合要求。下面是一般的設(shè)計(jì)過(guò)程和步驟。1、確定PCB的層數(shù)電路板尺寸和布線層數(shù)需要在設(shè)計(jì)初期確定。如果設(shè)計(jì)要求使用高密度球柵數(shù)組(BGA)組件，就必須考慮這些器件布線所需要的最少布線層數(shù)。布線層的數(shù)量以及層疊(stack-up)方式會(huì)直接影響到印制線的布線和阻抗。板的大小有助于確定層疊方式和印制線寬度，實(shí)現(xiàn)期望的設(shè)計(jì)效果。多年來(lái)，人們總是認(rèn)為電路板層數(shù)越少成本就越低，但是影響電路板的制造成本還有許多其它因素。近幾年來(lái)，多層板之間的成本差別已經(jīng)大大減小。在開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)最好采用較多的電路層并使敷銅均勻分布，以避免在設(shè)計(jì)臨近結(jié)束時(shí)才發(fā)現(xiàn)有少量信號(hào)不符合已定義的規(guī)則以及空間要求，從而被迫添加新層。在設(shè)計(jì)之前認(rèn)真的規(guī)劃將減少布線中很多的麻煩。2、設(shè)計(jì)規(guī)則和限制自動(dòng)布線工具本身并不知道應(yīng)該做些什幺。為完成布線任務(wù)，布線工具需要在正確的規(guī)則和限制條件下工作。不同的信號(hào)線有不同的布線要求，要對(duì)所有特殊要求的信號(hào)線進(jìn)行分類(lèi)，不同的設(shè)計(jì)分類(lèi)也不一樣。每個(gè)信號(hào)類(lèi)都應(yīng)該有優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)越高，規(guī)則也越嚴(yán)格。規(guī)則涉及印制線寬度、過(guò)孔的最大數(shù)量、平行度、信號(hào)線之間的相互影響以及層的限制，這些規(guī)則對(duì)布線工具的性能有很大影響。認(rèn)真考慮設(shè)計(jì)要求是成功布線的重要一步。