隨著PCB設(shè)計(jì)復(fù)雜度的逐步提高，對(duì)于信號(hào)完整性的分析除了反射，串?dāng)_以及EMI之外，穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng)也成為設(shè)計(jì)者們重點(diǎn)研究的方向之一。尤其當(dāng)開(kāi)關(guān)器件數(shù)目不斷增加，核心電壓不斷減小的時(shí)候，電源的波動(dòng)往往會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)致命的影響，于是人們提出了新的名詞：電源完整性，簡(jiǎn)稱PI(powerintegrity)。當(dāng)今國(guó)際市場(chǎng)上，IC設(shè)計(jì)比較發(fā)達(dá)，但電源完整性設(shè)計(jì)還是一個(gè)薄弱的環(huán)節(jié)。因此本文提出了PCB板中電源完整性問(wèn)題的產(chǎn)生，分析了影響電源完整性的因素并提出了解決PCB板中電源完整性問(wèn)題的優(yōu)化方法與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)的理論分析與實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。二、電源噪聲的起因及分析對(duì)于電源噪聲的起因我們通過(guò)一個(gè)與非門(mén)電路圖進(jìn)行分析。圖1中的電路圖為一個(gè)三輸入與非門(mén)的結(jié)構(gòu)圖，因?yàn)榕c非門(mén)屬于數(shù)字器件，它是通過(guò)“1”和“0”電平的切換來(lái)工作的。隨著IC技術(shù)的不斷提高，數(shù)字器件的切換速度也越來(lái)越快，這就引進(jìn)了更多的高頻分量，同時(shí)回路中的電感在高頻下就很容易引起電源波動(dòng)。如在圖1中，當(dāng)與非門(mén)輸入全為高電平時(shí)，電路中的三極管導(dǎo)通，電路瞬間短路，電源向電容充電，同時(shí)流入地線。此時(shí)由于電源線和地線上存在寄生電感，我們由公式V=LdI/dt可知，這將在電源線和地線上產(chǎn)生電壓波動(dòng)，如圖2中所示的電平上升沿所引入的ΔI噪聲。當(dāng)與非門(mén)輸入為低電平時(shí)，此時(shí)電容放電，將在地線上產(chǎn)生較大的ΔI噪聲;而電源此時(shí)只有電路的瞬間短路所引起的電流突變，由于不存在向電容充電而使電流突變相對(duì)于上升沿來(lái)說(shuō)要小。從對(duì)與非門(mén)的電路進(jìn)行分析我們知道，造成電源不穩(wěn)定的根源主要在于兩個(gè)方面：一是器件高速開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，瞬態(tài)的交變電流過(guò)大;

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(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。

開(kāi)發(fā)PCB電路板Via hole導(dǎo)通孔起線路互相連結(jié)導(dǎo)通的作用，電子行業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也促進(jìn)PCB的發(fā)展，也對(duì)印制板制作工藝和表面貼裝技術(shù)提出更高要求。PCB電路板生產(chǎn)商Via hole塞孔工藝應(yīng)運(yùn)而生，同時(shí)應(yīng)滿足下列要求：(一)導(dǎo)通孔內(nèi)有銅即可，阻焊可塞可不塞;(二)導(dǎo)通孔內(nèi)必須有錫鉛，有一定的厚度要求(4微米)，不得有阻焊油墨入孔，造成孔內(nèi)藏錫珠;(三)導(dǎo)通孔必須有阻焊油墨塞孔，不透光，不得有錫圈，錫珠以及平整等要求。隨著電子產(chǎn)品向“輕、薄、短、小”方向發(fā)展，PCB也向高密度、高難度發(fā)展，因此出現(xiàn)大量SMT、BGA的PCB，而客戶在貼裝元器件時(shí)要求塞孔，主要有五個(gè)作用：(一)防止PCB過(guò)波峰焊時(shí)錫從導(dǎo)通孔貫穿元件面造成短路;特別是我們把過(guò)孔放在BGA焊盤(pán)上時(shí)，就必須先做塞孔，再鍍金處理，便于BGA的焊接。(二)避免助焊劑殘留在導(dǎo)通孔內(nèi);(三)電子廠表面貼裝以及元件裝配完成后PCB在測(cè)試機(jī)上要吸真空形成負(fù)壓才完成：(四)防止表面錫膏流入孔內(nèi)造成虛焊，影響貼裝;

產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表：網(wǎng)絡(luò)表是電路原理圖設(shè)計(jì)(SCH)與印制電路板設(shè)計(jì)(PCB)之間的一座橋梁，它是電路板自動(dòng)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(lái)。(3)印制電路板的設(shè)計(jì)：印制電路板的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)PROTEL99的另外一個(gè)重要的部分PCB而言的，在這個(gè)過(guò)程中，我們借助PROTEL99提供的強(qiáng)大功能實(shí)現(xiàn)電路板的版面設(shè)計(jì)，完成高難度的等工作。但在實(shí)踐中，具體主要以下面細(xì)分步驟為主：一、電路版設(shè)計(jì)的先期工作1、利用原理圖設(shè)計(jì)工具繪制原理圖，并且生成對(duì)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(jiǎn)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(jì)，直接進(jìn)入PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)，在PCB設(shè)計(jì)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(méi)有的焊盤(pán)定義到與它相通的網(wǎng)絡(luò)上，沒(méi)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(kù)中引腳名稱不一致的器件引腳名稱改成和PCB封裝庫(kù)中的一致，特別是二、三極管等。二、畫(huà)出自己定義的非標(biāo)準(zhǔn)器件的封裝庫(kù)建議將自己所畫(huà)的器件都放入一個(gè)自己建立的PCB庫(kù)專用設(shè)計(jì)文件。三、設(shè)置PCB設(shè)計(jì)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(jì)環(huán)境，包括設(shè)置格點(diǎn)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(guò)設(shè)置之后，符合個(gè)人的習(xí)慣，以后無(wú)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(pán)。對(duì)于3mm的螺絲可用6.5~8mm的外徑和3.2~3.5mm內(nèi)徑的焊盤(pán)對(duì)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(kāi)所有要用到的PCB庫(kù)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(gè)環(huán)節(jié)，網(wǎng)絡(luò)表是PCB自動(dòng)布線的靈魂，也是原理圖設(shè)計(jì)與印象電路版設(shè)計(jì)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(jì)的過(guò)程中，ERC檢查不會(huì)涉及到零件的封裝問(wèn)題。因此，原理圖設(shè)計(jì)時(shí)，零件的封裝可能被遺忘，在引進(jìn)網(wǎng)絡(luò)表時(shí)可以根據(jù)設(shè)計(jì)情況來(lái)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。

【第Y招】多層板布線高頻電路往往集成度較高，布線密度大，采用多層板既是布線所必須，也是降低干擾的有效手段。在PCB Layout階段，合理的選擇一定層數(shù)的印制板尺寸，能充分利用中間層來(lái)設(shè)置屏蔽，更好地實(shí)現(xiàn)就近接地，并有效地降低寄生電感和縮短信號(hào)的傳輸長(zhǎng)度，同時(shí)還能大幅度地降低信號(hào)的交叉干擾等，所有這些方法都對(duì)高頻電路的可靠性有利。有資料顯示，同種材料時(shí)，四層板要比雙面板的噪聲低20dB。但是，同時(shí)也存在一個(gè)問(wèn)題，PCB半層數(shù)越高，制造工藝越復(fù)雜，單位成本也就越高，這就要求我們?cè)谶M(jìn)行PCB Layout時(shí)，除了選擇合適的層數(shù)的PCB板，還需要進(jìn)行合理的元器件布局規(guī)劃，并采用正確的布線規(guī)則來(lái)完成設(shè)計(jì)?！　　镜诙小扛咚匐娮悠骷苣_間的引線彎折越少越好　　高頻電路布線的引線最好采用全直線，需要轉(zhuǎn)折，可用45度折線或者圓弧轉(zhuǎn)折，這種要求在低頻電路中僅僅用于提高銅箔的固著強(qiáng)度，而在高頻電路中，滿足這一要求卻可以減少高頻信號(hào)對(duì)外的發(fā)射和相互間的耦合?！　　镜谌小扛哳l電路器件管腳間的引線越短越好　　信號(hào)的輻射強(qiáng)度是和信號(hào)線的走線長(zhǎng)度成正比的，高頻的信號(hào)引線越長(zhǎng)，它就越容易耦合到靠近它的元器件上去，所以對(duì)于諸如信號(hào)的時(shí)鐘、晶振、DDR的數(shù)據(jù)、LVDS線、USB線、HDMI線等高頻信號(hào)線都是要求盡可能的走線越短越好?！　　镜谒恼小扛哳l電路器件管腳間的引線層間交替越少越好　　所謂“引線的層間交替越少越好”是指元件連接過(guò)程中所用的過(guò)孔(Via)越少越好。據(jù)側(cè)，一個(gè)過(guò)孔可帶來(lái)約0.5pF的分布電容，減少過(guò)孔數(shù)能顯著提高速度和減少數(shù)據(jù)出錯(cuò)的可能性。