山東SMT貼片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。專(zhuān)業(yè)SMT貼片元器件和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。

這里主要是說(shuō)了從PCB設(shè)計(jì)封裝來(lái)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(pán)類(lèi)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(lái)。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(pán)尺寸位置正確才能保證元件能正確焊接。焊盤(pán)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(pán)的類(lèi)型。其類(lèi)型包括兩種，一是電鍍通孔，一種是表貼類(lèi)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(lái)說(shuō)，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(guò)程中更好的連接焊盤(pán)和信號(hào)。其次我們還應(yīng)該注意焊盤(pán)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(pán)的位置，很有可能就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)區(qū)域元件過(guò)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(pán)位置過(guò)近，導(dǎo)致元件之間空隙過(guò)小而無(wú)法焊接，下面就是我失敗的一個(gè)例子，我在一個(gè)光耦開(kāi)關(guān)旁邊開(kāi)了通孔，但是由于它們的位置過(guò)近，導(dǎo)致光耦開(kāi)關(guān)焊接上去以后，通孔無(wú)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(guò)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(zhǎng)，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(lái)說(shuō)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(lái)說(shuō)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(pán)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(lái)說(shuō)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(lái)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(pán)上有鎳金，所以不容易產(chǎn)成金絲短路。6、沉金板只有焊盤(pán)上有鎳金，所以線路上的阻焊與銅層的結(jié)合更牢固。工程在作補(bǔ)償時(shí)不會(huì)對(duì)間距產(chǎn)生影響。7、對(duì)于要求較高的板子，平整度要求要好，一般就采用沉金，沉金一般不會(huì)出現(xiàn)組裝后的黑墊現(xiàn)象。沉金板的平整性與使用壽命較鍍金板要好。所以目前大多數(shù)工廠都采用了沉金工藝生產(chǎn)金板。但是沉金工藝比鍍金工藝成本更貴(含金量更高)，所以依然還有大量的低價(jià)產(chǎn)品使用鍍金工藝。

一個(gè)布局是否合理沒(méi)有判斷標(biāo)準(zhǔn)，可以采用一些相對(duì)簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷布局的優(yōu)劣。最常用的標(biāo)準(zhǔn)就是使飛線總長(zhǎng)度盡可能短。一般來(lái)說(shuō)，飛線總長(zhǎng)度越短，意味著布線總長(zhǎng)度也是越短(注意：這只是相對(duì)于大多數(shù)情況是正確的，并不是完全正確);走線越短，走線所占據(jù)的印制板面積也就越小，布通率越高。在走線盡可能短的同時(shí)，還必須考慮布線密度的問(wèn)題。如何布局才能使飛線總長(zhǎng)度最短并且保證布局密度不至于過(guò)高而不能實(shí)現(xiàn)是個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題。因?yàn)椋{(diào)整布局就是調(diào)整封裝的放置位置，一個(gè)封裝的焊盤(pán)往往和幾個(gè)甚至幾十個(gè)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)相關(guān)聯(lián)，減小一個(gè)網(wǎng)絡(luò)飛線長(zhǎng)度可能會(huì)增長(zhǎng)另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的飛線長(zhǎng)度。如何能夠調(diào)整封裝的位置到最佳點(diǎn)實(shí)在給不出太實(shí)用的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際操作時(shí)，主要依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)觀查屏幕顯示的飛線是否簡(jiǎn)捷、有序和計(jì)算出的總長(zhǎng)度是否最短。飛線是手工布局和布線的主要參考標(biāo)準(zhǔn)，手工調(diào)整布局時(shí)盡量使飛線走最短路徑，手工布線時(shí)常常按照飛線指示的路徑連接各個(gè)焊盤(pán)。Protel的飛線優(yōu)化算法可以有效地解決飛線連接的最短路徑問(wèn)題。飛線的連接策略Protel提供了兩種飛線連接方式供使用者選擇：順序飛線和最短樹(shù)飛線。在布線參數(shù)設(shè)置中的飛線模式頁(yè)可以設(shè)置飛線連接策略，應(yīng)該選擇最短樹(shù)策略。動(dòng)態(tài)飛線在有關(guān)飛線顯示和控制一節(jié)中已經(jīng)講到： 執(zhí)行顯示網(wǎng)絡(luò)飛線、顯示封裝飛線和顯示全部飛線命令之一后飛線顯示開(kāi)關(guān)打開(kāi)，執(zhí)行隱含全部飛線命令后飛線顯示開(kāi)關(guān)關(guān)閉。

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;

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(lái)獨(dú)立覆銅，數(shù)字地和模擬地分開(kāi)來(lái)敷銅自不多言。同時(shí)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(lái)，就形成了多個(gè)不同形狀的多變形結(jié)構(gòu)。覆銅需要處理好幾個(gè)問(wèn)題：一是不同地的單點(diǎn)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(wèn)題，如果覺(jué)得很大，那就定義個(gè)地過(guò)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(guò)波峰焊時(shí)，板子就可能會(huì)翹起來(lái)，甚至?xí)鹋?。從這點(diǎn)來(lái)說(shuō)，網(wǎng)格的散熱性要好些。通常是高頻電路對(duì)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(jí)以上工作頻率的電路，敷銅的作用就是為了降低整個(gè)地平面的阻抗。更具體的處理方法我一般是這樣來(lái)操作的：各個(gè)核心模塊(也都是數(shù)字電路)在允許的情況下也會(huì)分區(qū)敷銅，然后再用線把各個(gè)敷銅連接起來(lái)，這樣做的目的也是為了減小各級(jí)電路之間的影響。對(duì)于數(shù)字電路模擬電路 混合的電路，地線的獨(dú)立走線，以及到最后到電源濾波電容處的匯總就不多說(shuō)了，大家都清楚。不過(guò)有一點(diǎn)：模擬電路里的地線分布，很多時(shí)候不能簡(jiǎn)單敷成一片銅皮就了事，因?yàn)槟M電路里很注重前后級(jí)的互相影響，而且模擬地也要求單點(diǎn)接地，所以能不能把模擬地敷成銅皮還得根據(jù)實(shí)際情況處理。(這就要求對(duì)所用到的模擬IC的一些特殊性能還是要了解的)