PCB12OZ厚銅板廠家

基材	銅	層數(shù)	多面
絕緣層厚度	常規(guī)板	絕緣材料	有機(jī)樹(shù)脂
絕緣樹(shù)脂	環(huán)氧樹(shù)脂（EP）	阻燃特性	VO板

PCB12OZ厚銅板廠家

軟硬結(jié)合板的漲縮問(wèn)題：
漲縮產(chǎn)生的根源由材料的特性所決定，要解決軟硬結(jié)合板漲縮的問(wèn)題，必須先對(duì)撓性板的材料聚酰亞胺（Polyimide）做個(gè)介紹：

（1）聚酰亞胺具有優(yōu)良的散熱性能，可承受無(wú)鉛焊接高溫處理時(shí)的熱沖擊；

（2）對(duì)于需要更強(qiáng)調(diào)訊號(hào)完整性的小型裝置，大部份設(shè)備制造商都趨向于使用撓性電路；

（3）聚酰亞胺具有較高的玻璃轉(zhuǎn)移溫度與高熔點(diǎn)的特性，一般情況下要在350 ℃以上進(jìn)行加工；

（4）在有機(jī)溶解方面，聚酰亞胺不溶解于一般的有機(jī)溶劑。
撓性板材料的漲縮主要跟基體材料PI和膠有關(guān)系，也就是與PI的亞胺化有很大關(guān)系，亞胺化程度越高，漲縮的可控性就越強(qiáng)。

按照正常的生產(chǎn)規(guī)律，撓性板在開(kāi)料后，在圖形線路形成，以及軟硬結(jié)合壓合的過(guò)程中均會(huì)產(chǎn)生不同程度的漲縮，在圖形線路蝕刻后，線路的密集程度與走向，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)板面應(yīng)力重新取向，最終導(dǎo)致板面出現(xiàn)一般規(guī)律性的漲縮變化；在軟硬結(jié)合壓合的過(guò)程中，由于表面覆蓋膜與基體材料PI的漲縮系數(shù)不一致，也會(huì)在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生一定程度的漲縮。

從本質(zhì)原因上說(shuō)，任何材料的漲縮都是受溫度的影響所導(dǎo)致的，在PCB冗長(zhǎng)的制作過(guò)程中，材料經(jīng)過(guò)諸多 熱濕制程后，漲縮值都會(huì)有不同程度的細(xì)微變化，但就長(zhǎng)期的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，變化還是有規(guī)律的。


如何控制與改善？


從嚴(yán)格意義上說(shuō)，每一卷材料的內(nèi)應(yīng)力都是不同的，每一批生產(chǎn)板的過(guò)程控制也不會(huì)是完全相同的，因此，材料漲縮系數(shù)的把握是建立在大量的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的，過(guò)程管控與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析就顯得尤為重要了。具體到實(shí)際操作中，撓性板的漲縮是分階段的：

首先是從開(kāi)料到烘烤板，此階段漲縮主要是受溫度影響所引起的：

要保證烘烤板所引起的漲縮穩(wěn)定，首先要過(guò)程控制的一致性，在材料統(tǒng)一的前提下，每次烘烤板升溫與降 溫的操作必須一致化，不可因?yàn)橐晃兜淖非笮剩鴮⒖就甑陌宸旁诳諝庵羞M(jìn)行散熱。只有這樣，才能最大程度的消除材料的內(nèi)部應(yīng)力引起的漲縮。

第二個(gè)階段發(fā)生在圖形轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，此階段的漲縮主要是受材料內(nèi)部應(yīng)力取向改變所引起的。

要保證線路轉(zhuǎn)移過(guò)程的漲縮穩(wěn)定，所有烘烤好的板就不能進(jìn)行磨板操作，直接通過(guò)化學(xué)清洗線進(jìn)行表面前處理，壓膜后表面須平整，曝光前后板面靜置時(shí)間須充分，在完成線路轉(zhuǎn)移以后，由于應(yīng)力取向的改變，撓性板都會(huì)呈現(xiàn)出不同程度的卷曲與收縮，因此線路菲林補(bǔ)償?shù)目刂脐P(guān)系到軟硬結(jié)合精度的控制，同時(shí)，撓性板的漲縮值范圍的確定，是生產(chǎn)其配套剛性板的數(shù)據(jù)依據(jù)。

第三個(gè)階段的漲縮發(fā)生在軟硬板壓合的過(guò)程中，此階段的漲縮主要壓合參數(shù)和材料特性所決定。

此階段的漲縮影響因素包含壓合的升溫速率，壓力參數(shù)設(shè)置以及芯板的殘銅率和厚度幾個(gè)方面。總的來(lái)說(shuō)，殘銅率越小，漲縮值越大；芯板越薄，漲縮值越大。但是，從大到小，是一個(gè)逐漸變化的過(guò)程，因此，菲林補(bǔ)償就顯得尤為重要。另外，由于撓性板和剛性板材料本質(zhì)的不同，其補(bǔ)償是需要額外考慮的一個(gè)因素。

高速PCB設(shè)計(jì)指南之三
第三篇 高速PCB設(shè)計(jì)

（一）、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)所面臨的挑戰(zhàn)

　　隨著系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜性和集成度的大規(guī)模提高，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)師們正在從事100MHZ以上的電路設(shè)計(jì)，總線的工作頻率也已經(jīng)達(dá)到或者超過(guò)50MHZ，有的甚至超過(guò)100MHZ。目前約50% 的設(shè)計(jì)的時(shí)鐘頻率超過(guò)50MHz，將近20% 的設(shè)計(jì)主頻超過(guò)120MHz。
　　當(dāng)系統(tǒng)工作在50MHz時(shí)，將產(chǎn)生傳輸線效應(yīng)和信號(hào)的完整性問(wèn)題；而當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘達(dá)到120MHz時(shí)，除非使用高速電路設(shè)計(jì)知識(shí)，否則基于傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的PCB將無(wú)法工作。因此，高速電路設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)成為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)師必須采取的設(shè)計(jì)手段。只有通過(guò)使用高速電路設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程的可控性。


（二）、什么是高速電路

　　通常認(rèn)為如果數(shù)字邏輯電路的頻率達(dá)到或者超過(guò)45MHZ~50MHZ，而且工作在這個(gè)頻率之上的電路已經(jīng)占到了整個(gè)電子系統(tǒng)一定的份量（比如說(shuō)１／３），就稱為高速電路。
　　實(shí)際上，信號(hào)邊沿的諧波頻率比信號(hào)本身的頻率高，是信號(hào)快速變化的上升沿與下降沿（或稱信號(hào)的跳變）引發(fā)了信號(hào)傳輸?shù)姆穷A(yù)期結(jié)果。因此，通常約定如果線傳播延時(shí)大于1/2數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)端的上升時(shí)間，則認(rèn)為此類信號(hào)是高速信號(hào)并產(chǎn)生傳輸線效應(yīng)。
信號(hào)的傳遞發(fā)生在信號(hào)狀態(tài)改變的瞬間，如上升或下降時(shí)間。信號(hào)從驅(qū)動(dòng)端到接收端經(jīng)過(guò)一段固定的時(shí)間，如果傳輸時(shí)間小于1/2的上升或下降時(shí)間，那么來(lái)自接收端的反射信號(hào)將在信號(hào)改變狀態(tài)之前到達(dá)驅(qū)動(dòng)端。反之，反射信號(hào)將在信號(hào)改變狀態(tài)之后到達(dá)驅(qū)動(dòng)端。如果反射信號(hào)很強(qiáng)，疊加的波形就有可能會(huì)改變邏輯狀態(tài)。
（三）、高速信號(hào)的確定

　　上面我們定義了傳輸線效應(yīng)發(fā)生的前提條件，但是如何得知線延時(shí)是否大于1/2驅(qū)動(dòng)端的信號(hào)上升時(shí)間？一般地，信號(hào)上升時(shí)間的典型值可通過(guò)器件手冊(cè)給出，而信號(hào)的傳播時(shí)間在PCB設(shè)計(jì)中由實(shí)際布線長(zhǎng)度決定。下圖為信號(hào)上升時(shí)間和允許的布線長(zhǎng)度(延時(shí))的對(duì)應(yīng)關(guān)系?！?br /> PCB 板上每單位英寸的延時(shí)為 0.167ns.。但是，如果過(guò)孔多，器件管腳多，網(wǎng)線上設(shè)置的約束多，延時(shí)將增大。通常高速邏輯器件的信號(hào)上升時(shí)間大約為0.2ns。如果板上有GaAs芯片，則最大布線長(zhǎng)度為7.62mm。
設(shè)Tr為信號(hào)上升時(shí)間， Tpd 為信號(hào)線傳播延時(shí)。如果Tr≥4Tpd，信號(hào)落在安全區(qū)域。如果2Tpd≥Tr≥4Tpd，信號(hào)落在不確定區(qū)域。如果Tr≤2Tpd，信號(hào)落在問(wèn)題區(qū)域。對(duì)于落在不確定區(qū)域及問(wèn)題區(qū)域的信號(hào)，應(yīng)該使用高速布線方法。

（四）、什么是傳輸線

PCB板上的走線可等效為下圖所示的串聯(lián)和并聯(lián)的電容、電阻和電感結(jié)構(gòu)。串聯(lián)電阻的典型值0.25-0.55 ohms/foot，因?yàn)榻^緣層的緣故，并聯(lián)電阻阻值通常很高。將寄生電阻、電容和電感加到實(shí)際的PCB連線中之后，連線上的最終阻抗稱為特征阻抗Zo。線徑越寬，距電源/地越近，或隔離層的介電常數(shù)越高，特征阻抗就越小。如果傳輸線和接收端的阻抗不匹配，那么輸出的電流信號(hào)和信號(hào)最終的穩(wěn)定狀態(tài)將不同，這就引起信號(hào)在接收端產(chǎn)生反射，這個(gè)反射信號(hào)將傳回信號(hào)發(fā)射端并再次反射回來(lái)。隨著能量的減弱反射信號(hào)的幅度將減小，直到信號(hào)的電壓和電流達(dá)到穩(wěn)定。這種效應(yīng)被稱為振蕩，信號(hào)的振蕩在信號(hào)的上升沿和下降沿經(jīng)?？梢钥吹?。



（五）、傳輸線效應(yīng)

基于上述定義的傳輸線模型，歸納起來(lái)，傳輸線會(huì)對(duì)整個(gè)電路設(shè)計(jì)帶來(lái)以下效應(yīng)。
· 反射信號(hào)Reflected signals
· 延時(shí)和時(shí)序錯(cuò)誤Delay & Timing errors
· 多次跨越邏輯電平門(mén)限錯(cuò)誤False Switching
· 過(guò)沖與下沖Overshoot/Undershoot
· 串?dāng)_Induced Noise (or crosstalk)
· 電磁輻射EMI radiation

5.1 反射信號(hào)
　　如果一根走線沒(méi)有被正確終結(jié)(終端匹配)，那么來(lái)自于驅(qū)動(dòng)端的信號(hào)脈沖在接收端被反射，從而引發(fā)不預(yù)期效應(yīng)，使信號(hào)輪廓失真。當(dāng)失真變形非常顯著時(shí)可導(dǎo)致多種錯(cuò)誤，引起設(shè)計(jì)失敗。同時(shí)，失真變形的信號(hào)對(duì)噪聲的敏感性增加了，也會(huì)引起設(shè)計(jì)失敗。如果上述情況沒(méi)有被足夠考慮，EMI將顯著增加，這就不單單影響自身設(shè)計(jì)結(jié)果，還會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的失敗。
反射信號(hào)產(chǎn)生的主要原因：過(guò)長(zhǎng)的走線；未被匹配終結(jié)的傳輸線，過(guò)量電容或電感以及阻抗失配。


5.2 延時(shí)和時(shí)序錯(cuò)誤
　　信號(hào)延時(shí)和時(shí)序錯(cuò)誤表現(xiàn)為：信號(hào)在邏輯電平的高與低門(mén)限之間變化時(shí)保持一段時(shí)間信號(hào)不跳變。過(guò)多的信號(hào)延時(shí)可能導(dǎo)致時(shí)序錯(cuò)誤和器件功能的混亂。
　　通常在有多個(gè)接收端時(shí)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。電路設(shè)計(jì)師必須確定最壞情況下的時(shí)間延時(shí)以確保設(shè)計(jì)的正確性。信號(hào)延時(shí)產(chǎn)生的原因：驅(qū)動(dòng)過(guò)載，走線過(guò)長(zhǎng)。

5.3 多次跨越邏輯電平門(mén)限錯(cuò)誤
信號(hào)在跳變的過(guò)程中可能多次跨越邏輯電平門(mén)限從而導(dǎo)致這一類型的錯(cuò)誤。多次跨越邏輯電平門(mén)限錯(cuò)誤是信號(hào)振蕩的一種特殊的形式，即信號(hào)的振蕩發(fā)生在邏輯電平門(mén)限附近，多次跨越邏輯電平門(mén)限會(huì)導(dǎo)致邏輯功能紊亂。反射信號(hào)產(chǎn)生的原因：過(guò)長(zhǎng)的走線，未被終結(jié)的傳輸線，過(guò)量電容或電感以及阻抗失配。

5.4 過(guò)沖與下沖
過(guò)沖與下沖來(lái)源于走線過(guò)長(zhǎng)或者信號(hào)變化太快兩方面的原因。雖然大多數(shù)元件接收端有輸入保護(hù)二極管保護(hù)，但有時(shí)這些過(guò)沖電平會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)元件電源電壓范圍，損壞元器件。

5.5 串?dāng)_
　　串?dāng)_表現(xiàn)為在一根信號(hào)線上有信號(hào)通過(guò)時(shí)，在PCB板上與之相鄰的信號(hào)線上就會(huì)感應(yīng)出相關(guān)的信號(hào)，我們稱之為串?dāng)_。
　　信號(hào)線距離地線越近，線間距越大，產(chǎn)生的串?dāng)_信號(hào)越小。異步信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)更容易產(chǎn)生串?dāng)_。因此解串?dāng)_的方法是移開(kāi)發(fā)生串?dāng)_的信號(hào)或屏蔽被嚴(yán)重干擾的信號(hào)。
5.6 電磁輻射
EMI(Electro-Magnetic Interference)即電磁干擾，產(chǎn)生的問(wèn)題包含過(guò)量的電磁輻射及對(duì)電磁輻射的敏感性兩方面。EMI表現(xiàn)為當(dāng)數(shù)字系統(tǒng)加電運(yùn)行時(shí)，會(huì)對(duì)周圍環(huán)境輻射電磁波，從而干擾周圍環(huán)境中電子設(shè)備的正常工作。它產(chǎn)生的主要原因是電路工作頻率太高以及布局布線不合理。目前已有進(jìn)行 EMI仿真的軟件工具，但EMI仿真器都很昂貴，仿真參數(shù)和邊界條件設(shè)置又很困難，這將直接影響仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。最通常的做法是將控制EMI的各項(xiàng)設(shè)計(jì)規(guī)則應(yīng)用在設(shè)計(jì)的每一環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)各環(huán)節(jié)上的規(guī)則驅(qū)動(dòng)和控制。


（六）、避免傳輸線效應(yīng)的方法
針對(duì)上述傳輸線問(wèn)題所引入的影響，我們從以下幾方面談?wù)効刂七@些影響的方法。

6.1 嚴(yán)格控制關(guān)鍵網(wǎng)線的走線長(zhǎng)度
　　如果設(shè)計(jì)中有高速跳變的邊沿，就必須考慮到在PCB板上存在傳輸線效應(yīng)的問(wèn)題?，F(xiàn)在普遍使用的很高時(shí)鐘頻率的快速集成電路芯片更是存在這樣的問(wèn)題。解決這個(gè)問(wèn)題有一些基本原則：如果采用CMOS或TTL電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，工作頻率小于10MHz，布線長(zhǎng)度應(yīng)不大于7英寸。工作頻率在50MHz布線長(zhǎng)度應(yīng)不大于1.5英寸。如果工作頻率達(dá)到或超過(guò)75MHz布線長(zhǎng)度應(yīng)在1英寸。對(duì)于GaAs芯片最大的布線長(zhǎng)度應(yīng)為0.3英寸。如果超過(guò)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，就存在傳輸線的問(wèn)題。

6.2 合理規(guī)劃走線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
　　解決傳輸線效應(yīng)的另一個(gè)方法是選擇正確的布線路徑和終端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。走線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指一根網(wǎng)線的布線順序及布線結(jié)構(gòu)。當(dāng)使用高速邏輯器件時(shí)，除非走線分支長(zhǎng)度保持很短，否則邊沿快速變化的信號(hào)將被信號(hào)主干走線上的分支走線所扭曲。通常情形下，PCB走線采用兩種基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即菊花鏈(Daisy Chain)布線和星形(Star)分布。
　　對(duì)于菊花鏈布線，布線從驅(qū)動(dòng)端開(kāi)始，依次到達(dá)各接收端。如果使用串聯(lián)電阻來(lái)改變信號(hào)特性，串聯(lián)電阻的位置應(yīng)該緊靠驅(qū)動(dòng)端。在控制走線的高次諧波干擾方面，菊花鏈走線效果最好。但這種走線方式布通率最低，不容易100%布通。實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們是使菊花鏈布線中分支長(zhǎng)度盡可能短，安全的長(zhǎng)度值應(yīng)該是：Stub Delay <= Trt *0.1.
　　例如，高速TTL電路中的分支端長(zhǎng)度應(yīng)小于1.5英寸。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)占用的布線空間較小并可用單一電阻匹配終結(jié)。但是這種走線結(jié)構(gòu)使得在不同的信號(hào)接收端信號(hào)的接收是不同步的。
　　星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以有效的避免時(shí)鐘信號(hào)的不同步問(wèn)題，但在密度很高的PCB板上手工完成布線十分困難。采用自動(dòng)布線器是完成星型布線的最好的方法。每條分支上都需要終端電阻。終端電阻的阻值應(yīng)和連線的特征阻抗相匹配。這可通過(guò)手工計(jì)算，也可通過(guò)CAD工具計(jì)算出特征阻抗值和終端匹配電阻值?！?br />
　　在上面的兩個(gè)例子中使用了簡(jiǎn)單的終端電阻，實(shí)際中可選擇使用更復(fù)雜的匹配終端。第一種選擇是RC匹配終端。RC匹配終端可以減少功率消耗，但只能使用于信號(hào)工作比較穩(wěn)定的情況。這種方式最適合于對(duì)時(shí)鐘線信號(hào)進(jìn)行匹配處理。其缺點(diǎn)是RC匹配終端中的電容可能影響信號(hào)的形狀和傳播速度。
　　串聯(lián)電阻匹配終端不會(huì)產(chǎn)生額外的功率消耗，但會(huì)減慢信號(hào)的傳輸。這種方式用于時(shí)間延遲影響不大的總線驅(qū)動(dòng)電路?！　〈?lián)電阻匹配終端的優(yōu)勢(shì)還在于可以減少板上器件的使用數(shù)量和連線密度。
　　最后一種方式為分離匹配終端，這種方式匹配元件需要放置在接收端附近。其優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)拉低信號(hào)，并且可以很好的避免噪聲。典型的用于TTL輸入信號(hào)(ACT,HCT, FAST)。
　　此外，對(duì)于終端匹配電阻的封裝型式和安裝型式也必須考慮。通常SMD表面貼裝電阻比通孔元件具有較低的電感，所以SMD封裝元件成為首選。如果選擇普通直插電阻也有兩種安裝方式可選：垂直方式和水平方式。
　　垂直安裝方式中電阻的一條安裝管腳很短，可以減少電阻和電路板間的熱阻，使電阻的熱量更加容易散發(fā)到空氣中。但較長(zhǎng)的垂直安裝會(huì)增加電阻的電感。水平安裝方式因安裝較低有更低的電感。但過(guò)熱的電阻會(huì)出現(xiàn)漂移，在最壞的情況下電阻成為開(kāi)路，造成PCB走線終結(jié)匹配失效，成為潛在的失敗因素。

6.3 抑止電磁干擾的方法
　　很好地解決信號(hào)完整性問(wèn)題將改善PCB板的電磁兼容性(EMC)。其中非常重要的是保證PCB板有很好的接地。對(duì)復(fù)雜的設(shè)計(jì)采用一個(gè)信號(hào)層配一個(gè)地線層是十分有效的方法。此外，使電路板的最外層信號(hào)的密度最小也是減少電磁輻射的好方法，這種方法可采用"表面積層"技術(shù)"Build-up"設(shè)計(jì)制做PCB來(lái)實(shí)現(xiàn)。表面積層通過(guò)在普通工藝 PCB 上增加薄絕緣層和用于貫穿這些層的微孔的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，電阻和電容可埋在表層下，單位面積上的走線密度會(huì)增加近一倍，因而可降低 PCB的體積。PCB面積的縮小對(duì)走線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有巨大的影響，這意味著縮小的電流回路，縮小的分支走線長(zhǎng)度，而電磁輻射近似正比于電流回路的面積；同時(shí)小體積特征意味著高密度引腳封裝器件可以被使用，這又使得連線長(zhǎng)度下降，從而電流回路減小，提高電磁兼容特性。

6.4 其它可采用技術(shù)
　　為減小集成電路芯片電源上的電壓瞬時(shí)過(guò)沖，應(yīng)該為集成電路芯片添加去耦電容。這可以有效去除電源上的毛刺的影響并減少在印制板上的電源環(huán)路的輻射。
　　當(dāng)去耦電容直接連接在集成電路的電源管腿上而不是連接在電源層上時(shí)，其平滑毛刺的效果最好。這就是為什么有一些器件插座上帶有去耦電容，而有的器件要求去耦電容距器件的距離要足夠的小。
　　任何高速和高功耗的器件應(yīng)盡量放置在一起以減少電源電壓瞬時(shí)過(guò)沖。
　　如果沒(méi)有電源層，那么長(zhǎng)的電源連線會(huì)在信號(hào)和回路間形成環(huán)路，成為輻射源和易感應(yīng)電路。
　　走線構(gòu)成一個(gè)不穿過(guò)同一網(wǎng)線或其它走線的環(huán)路的情況稱為開(kāi)環(huán)。如果環(huán)路穿過(guò)同一網(wǎng)線其它走線則構(gòu)成閉環(huán)。兩種情況都會(huì)形成天線效應(yīng)(線天線和環(huán)形天線)。天線對(duì)外產(chǎn)生EMI輻射，同時(shí)自身也是敏感電路。閉環(huán)是一個(gè)必須考慮的問(wèn)題，因?yàn)樗a(chǎn)生的輻射與閉環(huán)面積近似成正比。

結(jié)束語(yǔ)
　　　　高速電路設(shè)計(jì)是一個(gè)非常復(fù)雜的設(shè)計(jì)過(guò)程。本文所闡述的方法就是專門(mén)針對(duì)解決這些高速電路設(shè)計(jì)問(wèn)題的。此外，在進(jìn)行高速電路設(shè)計(jì)時(shí)有多個(gè)因素需要加以考慮，這些因素有時(shí)互相對(duì)立。如高速器件布局時(shí)位置靠近，雖可以減少延時(shí)，但可能產(chǎn)生串?dāng)_和顯著的熱效應(yīng)。因此在設(shè)計(jì)中，需權(quán)衡各因素，做出全面的折衷考慮；既滿足設(shè)計(jì)要求，又降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度。高速PCB設(shè)計(jì)手段的采用構(gòu)成了設(shè)計(jì)過(guò)程的可控性，只有可控的，才是可靠的，也才能是成功的！

超實(shí)用的高頻PCB電路設(shè)計(jì)70問(wèn)答之一
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(wèn)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(wèn)題？

信號(hào)完整性基本上是阻抗匹配的問(wèn)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。



4、差分布線方式是如何實(shí)現(xiàn)的？

差分對(duì)的布線有兩點(diǎn)要注意，一是兩條線的長(zhǎng)度要盡量一樣長(zhǎng)，另一是兩線的間距(此間距由差分阻抗決定)要一直保持不變，也就是要保持平行。平行的方式有兩種，一為兩條線走在同一走線層(side-by-side)，一為兩條線走在上下相鄰兩層(over-under)。一般以前者 side-by-side(并排, 并肩) 實(shí)現(xiàn)的方式較多。



5、對(duì)于只有一個(gè)輸出端的時(shí)鐘信號(hào)線，如何實(shí)現(xiàn)差分布線？

要用差分布線一定是信號(hào)源和接收端也都是差分信號(hào)才有意義。所以對(duì)只有一個(gè)輸出端的時(shí)鐘信號(hào)是無(wú)法使用差分布線的。



6、接收端差分線對(duì)之間可否加一匹配電阻？

接收端差分線對(duì)間的匹配電阻通常會(huì)加, 其值應(yīng)等于差分阻抗的值。這樣信號(hào)質(zhì)量會(huì)好些。



7、為何差分對(duì)的布線要靠近且平行？

對(duì)差分對(duì)的布線方式應(yīng)該要適當(dāng)?shù)目拷移叫小Ｋ^適當(dāng)?shù)目拷且驗(yàn)檫@間距會(huì)影響到差分阻抗(differential impedance)的值, 此值是設(shè)計(jì)差分對(duì)的重要參數(shù)。需要平行也是因?yàn)橐３植罘肿杩沟囊恢滦浴Ｈ魞删€忽遠(yuǎn)忽近, 差分阻抗就會(huì)不一致, 就會(huì)影響信號(hào)完整性(signal integrity)及時(shí)間延遲(timing delay)。



8、如何處理實(shí)際布線中的一些理論沖突的問(wèn)題

基本上, 將模/數(shù)地分割隔離是對(duì)的。 要注意的是信號(hào)走線盡量不要跨過(guò)有分割的地方(moat), 還有不要讓電源和信號(hào)的回流電流路徑(returning current path)變太大。



晶振是模擬的正反饋振蕩電路, 要有穩(wěn)定的振蕩信號(hào), 必須滿足loop gain 與 phase 的規(guī)范, 而這模擬信號(hào)的振蕩規(guī)范很容易受到干擾, 即使加 ground guard traces 可能也無(wú)法完全隔離干擾。而且離的太遠(yuǎn),地平面上的噪聲也會(huì)影響正反饋振蕩電路。 所以, 一定要將晶振和芯片的距離進(jìn)可能靠近。



確實(shí)高速布線與 EMI 的要求有很多沖突。但基本原則是因 EMI 所加的電阻電容或 ferrite bead, 不能造成信號(hào)的一些電氣特性不符合規(guī)范。 所以, 最好先用安排走線和 PCB 迭層的技巧來(lái)解決或減少 EMI的問(wèn)題, 如高速信號(hào)走內(nèi)層。最后才用電阻電容或 ferrite bead 的方式, 以降低對(duì)信號(hào)的傷害。



9、如何解決高速信號(hào)的手工布線和自動(dòng)布線之間的矛盾？

現(xiàn)在較強(qiáng)的布線軟件的自動(dòng)布線器大部分都有設(shè)定約束條件來(lái)控制繞線方式及過(guò)孔數(shù)目。各家 EDA公司的繞線引擎能力和約束條件的設(shè)定項(xiàng)目有時(shí)相差甚遠(yuǎn)。 例如, 是否有足夠的約束條件控制蛇行線(serpentine)蜿蜒的方式, 能否控制差分對(duì)的走線間距等。 這會(huì)影響到自動(dòng)布線出來(lái)的走線方式是否能符合設(shè)計(jì)者的想法。 另外, 手動(dòng)調(diào)整布線的難易也與繞線引擎的能力有絕對(duì)的關(guān)系。 例如, 走線的推擠能力,過(guò)孔的推擠能力, 甚至走線對(duì)敷銅的推擠能力等等。 所以, 選擇一個(gè)繞線引擎能力強(qiáng)的布線器, 才是解決之道。



10、關(guān)于 test coupon。

test coupon 是用來(lái)以 TDR (Time Domain Reflectometer) 測(cè)量所生產(chǎn)的 PCB 板的特性阻抗是否滿足設(shè)計(jì)需求。 一般要控制的阻抗有單根線和差分對(duì)兩種情況。 所以， test coupon 上的走線線寬和線距(有差分對(duì)時(shí))要與所要控制的線一樣。 最重要的是測(cè)量時(shí)接地點(diǎn)的位置。 為了減少接地引線(ground lead)的電感值， TDR 探棒(probe)接地的地方通常非常接近量信號(hào)的地方(probe tip)， 所以， test coupon 上量測(cè)信號(hào)的點(diǎn)跟接地點(diǎn)的距離和方式要符合所用的探棒。



11、在高速 PCB 設(shè)計(jì)中，信號(hào)層的空白區(qū)域可以敷銅，而多個(gè)信號(hào)層的敷銅在接地和接電源上應(yīng)如何分配？

一般在空白區(qū)域的敷銅絕大部分情況是接地。 只是在高速信號(hào)線旁敷銅時(shí)要注意敷銅與信號(hào)線的距離， 因?yàn)樗蟮你~會(huì)降低一點(diǎn)走線的特性阻抗。也要注意不要影響到它層的特性阻抗， 例如在 dual strip line 的結(jié)構(gòu)時(shí)。

12、是否可以把電源平面上面的信號(hào)線使用微帶線模型計(jì)算特性阻抗？電源和地平面之間的信號(hào)是否可以使用帶狀線模型計(jì)算？

是的， 在計(jì)算特性阻抗時(shí)電源平面跟地平面都必須視為參考平面。 例如四層板: 頂層-電源層-地層-底層，這時(shí)頂層走線特性阻抗的模型是以電源平面為參考平面的微帶線模型。



13、在高密度印制板上通過(guò)軟件自動(dòng)產(chǎn)生測(cè)試點(diǎn)一般情況下能滿足大批量生產(chǎn)的測(cè)試要求嗎？

一般軟件自動(dòng)產(chǎn)生測(cè)試點(diǎn)是否滿足測(cè)試需求必須看對(duì)加測(cè)試點(diǎn)的規(guī)范是否符合測(cè)試機(jī)具的要求。另外，如果走線太密且加測(cè)試點(diǎn)的規(guī)范比較嚴(yán)，則有可能沒(méi)辦法自動(dòng)對(duì)每段線都加上測(cè)試點(diǎn)，當(dāng)然，需要手動(dòng)補(bǔ)齊所要測(cè)試的地方。



14、添加測(cè)試點(diǎn)會(huì)不會(huì)影響高速信號(hào)的質(zhì)量？

至于會(huì)不會(huì)影響信號(hào)質(zhì)量就要看加測(cè)試點(diǎn)的方式和信號(hào)到底多快而定。基本上外加的測(cè)試點(diǎn)(不用在線既有的穿孔(via or DIP pin)當(dāng)測(cè)試點(diǎn))可能加在在線或是從在線拉一小段線出來(lái)。前者相當(dāng)于是加上一個(gè)很小的電容在在線，后者則是多了一段分支。這兩個(gè)情況都會(huì)對(duì)高速信號(hào)多多少少會(huì)有點(diǎn)影響，影響的程度就跟信號(hào)的頻率速度和信號(hào)緣變化率(edge rate)有關(guān)。影響大小可透過(guò)仿真得知。原則上測(cè)試點(diǎn)越小越好(當(dāng)然還要滿足測(cè)試機(jī)具的要求)分支越短越好。



15、若干 PCB 組成系統(tǒng)，各板之間的地線應(yīng)如何連接？

各個(gè) PCB 板子相互連接之間的信號(hào)或電源在動(dòng)作時(shí)，例如 A 板子有電源或信號(hào)送到 B 板子，一定會(huì)有等量的電流從地層流回到 A 板子 (此為 Kirchoff current law)。這地層上的電流會(huì)找阻抗最小的地方流回去。所以，在各個(gè)不管是電源或信號(hào)相互連接的接口處，分配給地層的管腳數(shù)不能太少，以降低阻抗，這樣可以降低地層上的噪聲。另外，也可以分析整個(gè)電流環(huán)路，尤其是電流較大的部分，調(diào)整地層或地線的接法，來(lái)控制電流的走法(例如，在某處制造低阻抗，讓大部分的電流從這個(gè)地方走)，降低對(duì)其它較敏感信號(hào)的影響。



16、能介紹一些國(guó)外關(guān)于高速 PCB 設(shè)計(jì)的技術(shù)書(shū)籍和數(shù)據(jù)嗎？

現(xiàn)在高速數(shù)字電路的應(yīng)用有通信網(wǎng)路和計(jì)算器等相關(guān)領(lǐng)域。在通信網(wǎng)路方面，PCB 板的工作頻率已達(dá) GHz 上下，疊層數(shù)就我所知有到 40 層之多。計(jì)算器相關(guān)應(yīng)用也因?yàn)樾酒倪M(jìn)步，無(wú)論是一般的 PC 或服務(wù)器(Server)，板子上的最高工作頻率也已經(jīng)達(dá)到 400MHz (如 Rambus) 以上。因應(yīng)這高速高密度走線需求，盲埋孔(blind/buried vias)、mircrovias 及 build-up 制程工藝的需求也漸漸越來(lái)越多。 這些設(shè)計(jì)需求都有廠商可大量生產(chǎn)。



17、兩個(gè)常被參考的特性阻抗公式：

微帶線(microstrip) Z={87/[sqrt(Er+1.41)]}ln[5.98H/(0.8W+T)] 其中，W 為線寬，T 為走線的銅皮厚度，H 為走線到參考平面的距離，Er 是 PCB 板材質(zhì)的介電常數(shù)(dielectric constant)。此公式必須在0.1<(W/H)<2.0 及 1<(Er)<15 的情況才能應(yīng)用。



帶狀線(stripline) Z=[60/sqrt(Er)]ln{4H/[0.67π(T+0.8W)]} 其中，H 為兩參考平面的距離，并且走線位于兩參考平面的中間。此公式必須在 W/H<0.35 及 T/H<0.25 的情況才能應(yīng)用。



18、差分信號(hào)線中間可否加地線？

差分信號(hào)中間一般是不能加地線。因?yàn)椴罘中盘?hào)的應(yīng)用原理最重要的一點(diǎn)便是利用差分信號(hào)間相互耦合(coupling)所帶來(lái)的好處，如 flux cancellation，抗噪聲(noise immunity)能力等。若在中間加地線，便會(huì)破壞耦合效應(yīng)。



19、剛?cè)岚逶O(shè)計(jì)是否需要專用設(shè)計(jì)軟件與規(guī)范？國(guó)內(nèi)何處可以承接該類電路板加工？

可以用一般設(shè)計(jì) PCB 的軟件來(lái)設(shè)計(jì)柔性電路板(Flexible Printed Circuit)。一樣用 Gerber 格式給 FPC廠商生產(chǎn)。由于制造的工藝和一般 PCB 不同，各個(gè)廠商會(huì)依據(jù)他們的制造能力會(huì)對(duì)最小線寬、最小線距、最小孔徑(via)有其**。除此之外，可在柔性電路板的轉(zhuǎn)折處鋪些銅皮加以補(bǔ)強(qiáng)。至于生產(chǎn)的廠商可上網(wǎng)“FPC”當(dāng)關(guān)鍵詞查詢應(yīng)該可以找到。



20、適當(dāng)選擇 PCB 與外殼接地的點(diǎn)的原則是什么？

選擇 PCB 與外殼接地點(diǎn)選擇的原則是利用 chassis ground 提供低阻抗的路徑給回流電流(returning current)及控制此回流電流的路徑。例如，通常在高頻器件或時(shí)鐘產(chǎn)生器附近可以借固定用的螺絲將 PCB的地層與 chassis ground 做連接，以盡量縮小整個(gè)電流回路面積，也就減少電磁輻射。