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,由于近年來IC工藝的發(fā)展,使得其速度也越來越高。這就帶來了一個問題,即電子設(shè)計的體積減小導(dǎo)致電路的布局布線密度變大,而同時信號的頻率還在提高,從而使得如何處理高速信號問題成為一個設(shè)計能否成功的關(guān)鍵因素。隨著電子系統(tǒng)中邏輯復(fù)雜度和時鐘頻率的迅速提高,信號邊沿不斷變陡,印刷電路板的線跡互連和板層特性對系統(tǒng)電氣性能的影響也越發(fā)重要。對于低頻設(shè)計,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,互連關(guān)系必須考慮,而在*定系統(tǒng)性能時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)計必須面對互連延遲引起的時序問題以及串?dāng)_、傳輸線效應(yīng)等信號完整性(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,從而使硬件時序邏輯產(chǎn)生混亂。電磁兼容性(Electromagnetic Compatibility,EMC)的標準提出了解決硬件實際布線網(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)計的幾個基本概念在高速數(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不能不考慮的問題。要解決高速電路設(shè)計的問題,首先需要真正明白高速信號的概念。高速不是就頻率的高低來說的,而是由信號的邊沿速度決定的,一般認為上升時間小于4倍信號傳輸延遲時可視為高速信號。即使在工作頻率不高的系統(tǒng)中,也會出現(xiàn)信號完整性的問題。這是由于隨著集成電路工藝的提高,所用器件I/O端口的信號邊沿比以前更陡更快,因此在工作時鐘不高的情況下也屬于高速器件,隨之帶來了信號完整性的種種問題。
這里主要是說了從PCB設(shè)計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還有一個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際的元件的引腳和PCB元件的封裝的尺寸對應(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。對于我們一般設(shè)計來說,我們選擇表貼元件,不僅方便手工焊接,而且有利于查錯和調(diào)試過程中更好的連接焊盤和信號。其次我們還應(yīng)該注意焊盤的位置。因為不同的位置,就代表元件實際當(dāng)中不同的位置。我們?nèi)绻缓侠戆才藕副P的位置,很有可能就會出現(xiàn)一個區(qū)域元件過密,而另外一個區(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例子,我在一個光耦開關(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。另外一種情況就是我們要考慮焊盤如何焊接。在實際過程中我們常按一個特定的方向排列焊盤,焊接起來比較方便。元件的外形尺寸:在實際應(yīng)用當(dāng)中,一些元件(如有極性電容)可能有高度凈空限制,所以我們需要在元件選擇過程中加以考慮。我們在最初開始設(shè)計時,可以先畫一個基本的電路板外框形狀,然后放置上一些計劃要使用的大型或位置關(guān)鍵元件(如連接器)。這樣,就能直觀快速地看到(沒有布線的)電路板虛擬透視圖,并給出相對精確的電路板和元器件的相對定位和元件高度。這將有助于確保PCB經(jīng)過裝配后元件能合適地放進外包裝(塑料制品、機箱、機框等)內(nèi)。當(dāng)然我們還可以從工具菜單中調(diào)用三維預(yù)覽模式瀏覽整塊電路板。對于元件的選擇,除了要依據(jù)設(shè)計要求外,還要選擇正規(guī)廠家所生產(chǎn)的產(chǎn)品,這樣才能保證實現(xiàn)你的設(shè)計目標。
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。是絕緣的防護層,可以保護銅線,也可以防止零件被焊到錯誤的地方。現(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.
尤其在使用高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)時,攔截大量信息所需要的時間顯著低于攔截低速數(shù)據(jù)傳輸所需要的時間。數(shù)據(jù)雙絞線中的絞合線對在低頻下可以靠自身的絞合來抵抗外來干擾及線對之間的串音,但在高頻情況下(尤其在頻率超過250MHz以上時),僅靠線對絞合已無法達到抗干擾的目的,只有屏蔽才能夠抵抗外界干擾。電纜屏蔽層的作用就像一個法拉第護罩,干擾信號會進入到屏蔽層里,但卻進入不到導(dǎo)體中。因此,數(shù)據(jù)傳輸可以無故障運行。由于屏蔽電纜比非屏蔽電纜具有較低的輻射散發(fā),因而防止了網(wǎng)絡(luò)傳輸被攔截。屏蔽網(wǎng)絡(luò)(屏蔽的電纜及元器件)能夠顯著減小進入到周圍環(huán)境中而可能被攔截的電磁能輻射等級。不同干擾場的屏蔽選擇干擾場主要有電磁干擾及射頻干擾兩種。電磁干擾(EMI)主要是低頻干擾,馬達、熒光燈以及電源線是通常的電磁干擾源。射頻干擾(RFI)是指無線頻率干擾,主要是高頻干擾。無線電、電視轉(zhuǎn)播、雷達及其他無線通訊是通常的射頻干擾源。對于抵抗電磁干擾,選擇編織屏蔽最為有效,因其具有較低的臨界電阻;對于射頻干擾,箔層屏蔽最有效,因編織屏蔽依賴于波長的變化,它所產(chǎn)生的縫隙使得高頻信號可自由進出導(dǎo)體;而對于高低頻混合的干擾場,則要采用具有寬帶覆蓋功能的箔層加編織網(wǎng)的組合屏蔽方式。通常,網(wǎng)狀屏蔽覆蓋率越高,屏蔽效果就越好。
福建貼片SMT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。開發(fā)貼片SMT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行原理圖的設(shè)計,直接進入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準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)徑的焊盤對于標準板可從其它板或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,在引進網(wǎng)絡(luò)表時可以根據(jù)設(shè)計情況來修改或補充零件的封裝。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。