pcn設(shè)計(jì)問題集第Y部分從pcb如何選材到運(yùn)用等一系列問題進(jìn)行總結(jié)。1、如何選擇PCB板材?選擇PCB板材必須在滿足設(shè)計(jì)需求和可量產(chǎn)性及成本中間取得平衡點(diǎn)。設(shè)計(jì)需求包含電氣和機(jī)構(gòu)這兩部分。通常在設(shè)計(jì)非常高速的PCB板子(大于GHz的頻率)時(shí)這材質(zhì)問題會(huì)比較重要。例如，現(xiàn)在常用的FR-4材質(zhì)，在幾個(gè)GHz的頻率時(shí)的介質(zhì)損耗(dielectric loss)會(huì)對(duì)信號(hào)衰減有很大的影響，可能就不合用。就電氣而言，要注意介電常數(shù)(dielectric constant)和介質(zhì)損在所設(shè)計(jì)的頻率是否合用。2、如何避免高頻干擾?避免高頻干擾的基本思路是盡量降低高頻信號(hào)電磁場(chǎng)的干擾，也就是所謂的串?dāng)_(Crosstalk)?？捎美蟾咚傩盘?hào)和模擬信號(hào)之間的距離，或加ground guard/shunt traces在模擬信號(hào)旁邊。還要注意數(shù)字地對(duì)模擬地的噪聲干擾。3、在高速設(shè)計(jì)中，如何解決信號(hào)的完整性問題?信號(hào)完整性基本上是阻抗匹配的問題。而影響阻抗匹配的因素有信號(hào)源的架構(gòu)和輸出阻抗(output impedance)，走線的特性阻抗，負(fù)載端的特性，走線的拓樸(topology)架構(gòu)等。解決的方式是靠端接(termination)與調(diào)整走線的拓樸。

江蘇廠家線路板貼片從IC芯片的發(fā)展及封裝形式來看，芯片體積越來越小、引腳數(shù)越來越多;同時(shí)，由于近年來IC工藝的發(fā)展，使得其速度也越來越高。線路板貼片生產(chǎn)商這就帶來了一個(gè)問題，即電子設(shè)計(jì)的體積減小導(dǎo)致電路的布局布線密度變大，而同時(shí)信號(hào)的頻率還在提高，從而使得如何處理高速信號(hào)問題成為一個(gè)設(shè)計(jì)能否成功的關(guān)鍵因素。隨著電子系統(tǒng)中邏輯復(fù)雜度和時(shí)鐘頻率的迅速提高，信號(hào)邊沿不斷變陡，印刷電路板的線跡互連和板層特性對(duì)系統(tǒng)電氣性能的影響也越發(fā)重要。對(duì)于低頻設(shè)計(jì)，線跡互連和板層的影響可以不考慮，但當(dāng)頻率超過50 MHz時(shí)，互連關(guān)系必須考慮，而在*定系統(tǒng)性能時(shí)還必須考慮印刷電路板板材的電參數(shù)。因此，高速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須面對(duì)互連延遲引起的時(shí)序問題以及串?dāng)_、傳輸線效應(yīng)等信號(hào)完整性(Signal Integrity，SI)問題。當(dāng)硬件工作頻率增高后，每一根布線網(wǎng)絡(luò)上的傳輸線都可能成為發(fā)射天線，對(duì)其他電子設(shè)備產(chǎn)生電磁輻射或與其他設(shè)備相互干擾，從而使硬件時(shí)序邏輯產(chǎn)生混亂。電磁兼容性(Electromagnetic Compatibility，EMC)的標(biāo)準(zhǔn)提出了解決硬件實(shí)際布線網(wǎng)絡(luò)可能產(chǎn)生的電磁輻射干擾以及本身抵抗外部電磁干擾的基本要求。1 高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)的幾個(gè)基本概念在高速數(shù)字電路中，由于串?dāng)_、反射、過沖、振蕩、地彈、偏移等信號(hào)完整性問題，本來在低速電路中無需考慮的因素在這里就顯得格外重要;另外，隨著現(xiàn)有電氣系統(tǒng)耦合結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，電磁兼容性也變成了一個(gè)不能不考慮的問題。要解決高速電路設(shè)計(jì)的問題，首先需要真正明白高速信號(hào)的概念。高速不是就頻率的高低來說的，而是由信號(hào)的邊沿速度決定的，一般認(rèn)為上升時(shí)間小于4倍信號(hào)傳輸延遲時(shí)可視為高速信號(hào)。即使在工作頻率不高的系統(tǒng)中，也會(huì)出現(xiàn)信號(hào)完整性的問題。這是由于隨著集成電路工藝的提高，所用器件I/O端口的信號(hào)邊沿比以前更陡更快，因此在工作時(shí)鐘不高的情況下也屬于高速器件，隨之帶來了信號(hào)完整性的種種問題。

這里主要是說了從PCB設(shè)計(jì)封裝來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。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)來說，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近，導(dǎo)致元件之間空隙過小而無法焊接，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近，導(dǎo)致光耦開關(guān)焊接上去以后，通孔無法再放置螺絲了。

一、PCB沉金采用的是化學(xué)沉積的方法，通過化學(xué)氧化還原反應(yīng)的方法生成一層鍍層，一般厚度較厚，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，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，較鍍金來說更黃(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)鍍金來說更容易焊接，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、沉金較鍍金來說晶體結(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。

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一個(gè)與非門電路圖進(jìn)行分析。圖1中的電路圖為一個(gè)三輸入與非門的結(jié)構(gòu)圖，因?yàn)榕c非門屬于數(shù)字器件，它是通過“1”和“0”電平的切換來工作的。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)于上升沿來說要小。從對(duì)與非門的電路進(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：一是器件高速開關(guān)狀態(tài)下，瞬態(tài)的交變電流過大;