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高速PCB設(shè)計指南之五

2009年11月11日 15:05 srfitnesspt.com 作者:佚名 用戶評論(0
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高速PCB設(shè)計指南之五

第一篇? DSP系統(tǒng)的降噪技術(shù)

???? 隨著高速DSP(數(shù)字信號處理器)和外設(shè)的出現(xiàn),新產(chǎn)品設(shè)計人員面臨著電磁干擾(EMI)日益嚴重的威脅。早期,把發(fā)射和干擾問題稱之為EMI或RFI(射頻干擾)?,F(xiàn)在用更確定的詞“干擾兼容性”替代。電磁兼容性(EMC)包含系統(tǒng)的發(fā)射和敏感度兩方面的問題。假若干擾不能完全消除,但也要使干擾減少到最小。如果一個DSP系統(tǒng)符合下面三個條件,則該系統(tǒng)是電磁兼容的。
1. 對其它系統(tǒng)不產(chǎn)生干擾。
2. 對其它系統(tǒng)的發(fā)射不敏感。
3. 對系統(tǒng)本身不產(chǎn)生干擾。

干擾定義
??? 當干擾的能量使接收器處在不希望的狀態(tài)時引起干擾。干擾的產(chǎn)生不是直接的(通過導(dǎo)體、公共阻抗耦合等)就是間接的(通過串擾或輻射耦合)。電磁干擾的產(chǎn)生是通過導(dǎo)體和通過輻射。很多電磁發(fā)射源,如光照、繼電器、DC電機和日光燈都可引起干擾。AC電源線、互連電纜、金屬電纜和子系統(tǒng)的內(nèi)部電路也都可能產(chǎn)生輻射或接收到不希望的信號。在高速數(shù)字電路中,時鐘電路通常是寬帶噪聲的最大產(chǎn)生源。在快速DSP中,這些電路可產(chǎn)生高達300MHz的諧波失真,在系統(tǒng)中應(yīng)該把它們?nèi)サ簟T跀?shù)字電路中,最容易受影響的是復(fù)位線、中斷線和控制線。

傳導(dǎo)性EMI
??? 一種最明顯而往往被忽略的能引起電路中噪聲的路徑是經(jīng)過導(dǎo)體。一條穿過噪聲環(huán)境的導(dǎo)線可檢拾噪聲并把噪聲送到另外電路引起干擾。設(shè)計人員必須避免導(dǎo)線撿拾噪聲和在噪聲產(chǎn)生引起干擾前,用去耦辦法除去噪聲。最普通的例子是噪聲通過電源線進入電路。若電源本身或連接到電源的其它電路是干擾源,則在電源線進入電路之前必須對其去耦。

共阻抗耦合
??? 當來自兩個不同電路的電流流經(jīng)一個公共阻抗時就會產(chǎn)生共阻抗耦合。阻抗上的壓降由兩個電路決定。來自兩個電路的地電流流經(jīng)共地阻抗。電路1的地電位被地電流2調(diào)制。噪聲信號或DC補償經(jīng)共地阻抗從電路2耦合到電路1。

輻射耦合
經(jīng)輻射的耦合通稱串擾,串擾發(fā)生在電流流經(jīng)導(dǎo)體時產(chǎn)生電磁場,而電磁場在鄰近的導(dǎo)體中感應(yīng)瞬態(tài)電流。

輻射發(fā)射
??? 輻射發(fā)射有兩種基本類型:差分模式(DM)和共模(CM)。共模輻射或單極天線輻射是由無意的壓降引起的,它使電路中所有地連接抬高到系統(tǒng)地電位之上。就電場大小而言,CM輻射是比DM輻射更為嚴重的問題。為使CM輻射最小,必須用切合實際的設(shè)計使共模電流降到零。

影響EMC的因數(shù)
電壓——電源電壓越高,意味著電壓振幅越大而發(fā)射就更多,而低電源電壓影響敏感度。
頻率——高頻產(chǎn)生更多的發(fā)射,周期性信號產(chǎn)生更多的發(fā)射。在高頻數(shù)字系統(tǒng)中,當器件開關(guān)時產(chǎn)生電流尖峰信號;在模擬系統(tǒng)中,當負載電流變化時產(chǎn)生電流尖峰信號。
接地——對于電路設(shè)計沒有比可靠和完美的電源系統(tǒng)更重要的事情。在所有EMC問題中,主要問題是不適當?shù)慕拥匾鸬摹S腥N信號接地方法:單點、多點和混合。在頻率低于1MHz時可采用單點接地方法,但不適于高頻。在高頻應(yīng)用中,最好采用多點接地?;旌辖拥厥堑皖l用單點接地而高頻用多點接地的方法。地線布局是關(guān)鍵的。高頻數(shù)字電路和低電平模擬電路的地回路絕對不能混合。
PCB設(shè)計——適當?shù)挠∷㈦娐钒澹≒CB)布線對防止EMI是至關(guān)重要的。
電源去耦——當器件開關(guān)時,在電源線上會產(chǎn)生瞬態(tài)電流,必須衰減和濾掉這些瞬態(tài)電流來自高di/dt源的瞬態(tài)電流導(dǎo)致地和線跡“發(fā)射”電壓。高di/dt產(chǎn)生大范圍高頻電流,激勵部件和纜線輻射。流經(jīng)導(dǎo)線的電流變化和電感會導(dǎo)致壓降,減小電感或電流隨時間的變化可使該壓降最小。

降低噪聲的技術(shù)
防止干擾有三種方法:
1. 抑制源發(fā)射。
2. 使耦合通路盡可能地?zé)o效。
3. 使接收器對發(fā)射的敏感度盡量小。

下面介紹板級降噪技術(shù)。板級降噪技術(shù)包括板結(jié)構(gòu)、線路安排和濾波。
板結(jié)構(gòu)降噪技術(shù)包括:
* 采用地和電源平板
* 平板面積要大,以便為電源去耦提供低阻抗
* 使表面導(dǎo)體最少
* 采用窄線條(4到8密耳)以增加高頻阻尼和降低電容耦合
* 分開數(shù)字、模擬、接收器、發(fā)送器地/電源線
* 根據(jù)頻率和類型分隔PCB上的電路
* 不要切痕PCB,切痕附近的線跡可能導(dǎo)致不希望的環(huán)路
* 采用多層板密封電源和地板層之間的線跡
* 避免大的開環(huán)板層結(jié)構(gòu)
* PCB聯(lián)接器接機殼地,這為防止電路邊界處的輻射提供屏蔽
* 采用多點接地使高頻地阻抗低
* 保持地引腳短于波長的1/20,以防止輻射和保證低阻抗線路安排降噪技術(shù)包括用45。而不是90。線跡轉(zhuǎn)向,90。轉(zhuǎn)向會增加電容并導(dǎo)致傳輸線特性阻抗變化
* 保持相鄰激勵線跡之間的間距大于線跡的寬度以使串擾最小
* 時鐘信號環(huán)路面積應(yīng)盡量小
* 高速線路和時鐘信號線要短和直接連接
* 敏感的線跡不要與傳輸高電流快速開關(guān)轉(zhuǎn)換信號的線跡并行
* 不要有浮空數(shù)字輸入,以防止不必要的開關(guān)轉(zhuǎn)換和噪聲產(chǎn)生
* 避免在晶振和其它固有噪聲電路下面有供電線跡
* 相應(yīng)的電源、地、信號和回路線跡要平行以消除噪聲
* 保持時鐘線、總線和片使能與輸入/輸出線和連接器分隔
* 路線時鐘信號正交I/O信號
* 為使串擾最小,線跡用直角交叉和散置地線
* 保護關(guān)鍵線跡(用4密耳到8密耳線跡以使電感最小,路線緊靠地板層,板層之間夾層結(jié)構(gòu),保護夾層的每一邊都有地)

濾波技術(shù)包括:
* 對電源線和所有進入PCB的信號進行濾波
* 在IC的每一個點原引腳用高頻低電感陶瓷電容(14MHz用0.1UF,超過15MHz用0.01UF)進行去耦
* 旁路模擬電路的所有電源供電和基準電壓引腳
* 旁路快速開關(guān)器件
* 在器件引線處對電源/地去耦
* 用多級濾波來衰減多頻段電源噪聲

其它降噪設(shè)計技術(shù)有:
* 把晶振安裝嵌入到板上并接地
* 在適當?shù)牡胤郊悠帘?br>* 用串聯(lián)終端使諧振和傳輸反射最小,負載和線之間的阻抗失配會導(dǎo)致信號部分反射,反射包括瞬時擾動和過沖,這會產(chǎn)生很大的EMI
* 安排鄰近地線緊靠信號線以便更有效地阻止出現(xiàn)電場
* 把去耦線驅(qū)動器和接收器適當?shù)胤胖迷诰o靠實際的I/O接口處,這可降低到PCB其它電路的耦合,并使輻射和敏感度降低
* 對有干擾的引線進行屏蔽和絞在一起以消除PCB上的相互耦合
* 在感性負載上用箝位二極管
EMC是DSP系統(tǒng)設(shè)計所要考慮的重要問題,應(yīng)采用適當?shù)慕翟爰夹g(shù)使DSP系統(tǒng)符合EMC要求


第二篇?? PowerPCB在印制電路板設(shè)計中的應(yīng)用技術(shù)

作者 :中國船舶工業(yè)公司第七0七研究所 谷健
???????? 印制電路板(PCB)是電子產(chǎn)品中電路元件和器件的支撐件。它提供電路元件和器件之間的電氣連接。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,PCB的密度越來越高。PCB設(shè)計的好壞對抗干擾能力影響很大。實踐證明,即使電路原理圖設(shè)計正確,印制電路板設(shè)計不當,也會對電子產(chǎn)品的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如,如果印制板兩條細平行線靠得很近,則會形成信號波形的延遲,在傳輸線的終端形成反射噪聲。因此,在設(shè)計印制電路板的時候,應(yīng)注意采用正確的方法,遵守PCB設(shè)計的一般原則,并應(yīng)符合抗干擾設(shè)計的要求。
??? 一、 PCB設(shè)計的一般原則
??? 要使電子電路獲得最佳性能,元器件的布局及導(dǎo)線的布設(shè)是很重要的。為了設(shè)計質(zhì)量好、造價低的PCB,應(yīng)遵循以下的一般性原則:
??? 1.布局
??? 首先,要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大時,印制線條長,阻抗增加,抗噪聲能力下降,成本也增加;過小,則散熱不好,且鄰近線條易受干擾。在確定PCB尺寸后,再確定特殊元件的位置。最后,根據(jù)電路的功能單元,對電路的全部元器件進行布局。
??? 在確定特殊元件的位置時要遵守以下原則:
??? (1)盡可能縮短高頻元器件之間的連線,設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近,輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠離。
??? (2)某些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差,應(yīng)加大它們之間的距離,以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時手不易觸及的地方。
??? (3)重量超過15g的元器件,應(yīng)當用支架加以固定,然后焊接。那些又大又重、發(fā)熱量多的元器件,不宜裝在印制板上,而應(yīng)裝在整機的機箱底板上,且應(yīng)考慮散熱問題。熱敏元件應(yīng)遠離發(fā)熱元件。
??? (4)對于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動開關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)考慮整機的結(jié)構(gòu)要求。若是機內(nèi)調(diào)節(jié),應(yīng)放在印制板上方便調(diào)節(jié)的地方;若是機外調(diào)節(jié),其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機箱面板上的位置相適應(yīng)。
??? (5)應(yīng)留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。

??? 根據(jù)電路的功能單元。對電路的全部元器件進行布局時,要符合以下原則:
??? (1)按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置,使布局便于信號流通,并使信號盡可能保持一致的方向。
??? (2)以每個功能電路的核心元件為中心,圍繞它來進行布局。元器件應(yīng)均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上。盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。
??? (3)在高頻下工作的電路,要考慮元器件之間的分布參數(shù)。一般電路應(yīng)盡可能使元器件平行排列。這樣,不但美觀,而且裝焊容易,易于批量生產(chǎn)。
??? (4)位于電路板邊緣的元器件,離電路板邊緣一般不小于2mm。電路板的最佳形狀為矩形。長寬雙為3:2或4:3。電路板面尺寸大于200×150mm時,應(yīng)考慮電路板所受的機械強度。

??? 2.布線
??? 布線的原則如下:
??? (1)輸入輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行。最好加線間地線,以免發(fā)生反饋藕合。
??? (2)印制板導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基板間的粘附強度和流過它們的電流值決定。當銅箔厚度為0.5mm、寬度為1~15mm時,通過2A的電流,溫度不會高于3℃。因此,導(dǎo)線寬度為1.5mm可滿足要求。對于集成電路,尤其是數(shù)字電路,通常選0.02~0.3mm導(dǎo)線寬度。當然,只要允許,還是盡可能用寬線,尤其是電源線和地線。導(dǎo)線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對于集成電路,尤其是數(shù)字電路,只要工藝允許,可使間距小于5~8mil。
??? (3)印制導(dǎo)線拐彎處一般取圓弧形,而直角或夾角在高頻電路中會影響電氣性能。此外,盡量避免使用大面積銅箔,否則,長時間受熱時,易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。必須用大面積銅箔時,最好用柵格狀。這樣有利于排除銅箔與基板間粘合劑受熱產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。
??? 3.焊盤
焊盤中心孔要比器件引線直徑稍大一些。焊盤太大易形成虛焊。焊盤外徑D一般不小于(d+1.2)mm,其中d為引線孔徑。對高密度的數(shù)字電路,焊盤最小直徑可取(d+1.0)mm。

??? 二、 PCB及電路抗干擾措施
??? 印制電路板的抗干擾設(shè)計與具體電路有著密切的關(guān)系,這里僅就PCB抗干擾設(shè)計的幾項常用措施做一些說明。
??? 1.電源線設(shè)計
??? 根據(jù)印制線路板電流的大小,盡量加粗電源線寬度,減少環(huán)路電阻。同時,使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致,這樣有助于增強抗噪聲能力。
??? 2.地線設(shè)計
??? 在電子產(chǎn)品設(shè)計中,接地是控制干擾的重要方法。如能將接地和屏蔽正確結(jié)合起來使用,可解決大部分干擾問題。電子產(chǎn)品中地線結(jié)構(gòu)大致有系統(tǒng)地、機殼地(屏蔽地)、數(shù)字地(邏輯地)和模擬地等。在地線設(shè)計中應(yīng)注意以下幾點:
??? (1)正確選擇單點接地與多點接地
??? 在低頻電路中,信號的工作頻率小于1MHz,它的布線和器件間的電感影響較小,而接地電路形成的環(huán)流對干擾影響較大,因而應(yīng)采用一點接地的方式。當信號工作頻率大于10MHz時,地線阻抗變得很大,此時應(yīng)盡量降低地線阻抗,應(yīng)采用就近多點接地。當工作頻率在1~10MHz時,如果采用一點接地,其地線長度不應(yīng)超過波長的1/20,否則應(yīng)采用多點接地法。
??? (2)數(shù)字地與模擬地分開。
??? 電路板上既有高速邏輯電路,又有線性電路,應(yīng)使它們盡量分開,而兩者的地線不要相混,分別與電源端地線相連。低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點并聯(lián)接地,實際布線有困難時可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。高頻電路宜采用多點串聯(lián)接地,地線應(yīng)短而粗,高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔。要盡量加大線性電路的接地面積。
??? (3)接地線應(yīng)盡量加粗。
??? 若接地線用很細的線條,則接地電位則隨電流的變化而變化,致使電子產(chǎn)品的定時信號電平不穩(wěn),抗噪聲性能降低。因此應(yīng)將接地線盡量加粗,使它能通過三倍于印制電路板的允許電流。如有可能,接地線的寬度應(yīng)大于3mm。
??? (4)接地線構(gòu)成閉環(huán)路。
??? 設(shè)計只由數(shù)字電路組成的印制電路板的地線系統(tǒng)時,將接地線做成閉路可以明顯地提高抗噪聲能力。其原因在于:印制電路板上有很多集成電路元件,尤其遇有耗電多的元件時,因受接地線粗細的限制,會在地線上產(chǎn)生較大的電位差,引起抗噪能力下降,若將接地線構(gòu)成環(huán)路,則會縮小電位差值,提高電子設(shè)備的抗噪聲能力。
??? 3.退藕電容配置
??? PCB設(shè)計的常規(guī)做法之一是在印制板的各個關(guān)鍵部位配置適當?shù)耐伺弘娙?。退藕電容的一般配置原則是:
??? (1)電源輸入端跨接10~100uf的電解電容器。如有可能,接100uF以上的更好。
??? (2)原則上每個集成電路芯片都應(yīng)布置一個0.01pF的瓷片電容,如遇印制板空隙不夠,可每4~8個芯片布置一個1~10pF的鉭電容。
??? (3)對于抗噪能力弱、關(guān)斷時電源變化大的器件,如RAM、ROM存儲器件,應(yīng)在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容。
??? (4)電容引線不能太長,尤其是高頻旁路電容不能有引線。
??? 此外,還應(yīng)注意以下兩點:
??? (1)在印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時,操作它們時均會產(chǎn)生較大火花放電,必須采用RC電路來吸收放電電流。一般R取1~2K,C取2.2~47uF。
??? (2)CMOS的輸入阻抗很高,且易受感應(yīng),因此在使用時對不用端要接地或接正電源。

??? 三、 PowerPCB簡介
??? PowerPCB是美國Innoveda公司軟件產(chǎn)品。
??? PowerPCB能夠使用戶完成高質(zhì)量的設(shè)計,生動地體現(xiàn)了電子設(shè)計工業(yè)界各方面的內(nèi)容。其約束驅(qū)動的設(shè)計方法可以減少產(chǎn)品完成時間。你可以對每一個信號定義安全間距、布線規(guī)則以及高速電路的設(shè)計規(guī)則,并將這些規(guī)劃層次化的應(yīng)用到板上、每一層上、每一類網(wǎng)絡(luò)上、每一個網(wǎng)絡(luò)上、每一組網(wǎng)絡(luò)上、每一個管腳對上,以確保布局布線設(shè)計的正確性。它包括了豐富多樣的功能,包括簇布局工具、動態(tài)布線編輯、動態(tài)電性能檢查、自動尺寸標注和強大的CAM輸出能力。它還有集成第三方軟件工具的能力,如SPECCTRA布線器。
??? 四、 PowerPCB使用技巧
??? PowerPCB目前已在我所推廣使用,它的基本使用技術(shù)已有培訓(xùn)教材進行了詳細的講解,而對于我所廣大電子應(yīng)用工程師來說,其問題在于已經(jīng)熟練掌握了TANGO之類的布線工具之后,如何轉(zhuǎn)到PowerPCB的應(yīng)用上來。所以,本文就此類應(yīng)用和培訓(xùn)教材上沒有講到,而我們應(yīng)用較多的一些技術(shù)技巧作了論述。
??? 1.輸入的規(guī)范問題
??? 對于大多數(shù)使用過TANGO的人來說,剛開始使用PowerPCB的時候,可能會覺得PowerPCB的限制太多。因為PowerPCB對原理圖輸入和原理圖到PCB的規(guī)則傳輸上是以保證其正確性為前提的。所以,它的原理圖中沒有能夠?qū)⒁桓姎膺B線斷開的功能,也不能隨意將一根電氣連線在某個位置停止,它要保證每一根電氣連線都要有起始管腳和終止管腳,或是接在軟件提供的連接器上,以供不同頁面間的信息傳輸。這是它防止錯誤發(fā)生的一種手段,其實,也是我們應(yīng)該遵守的一種規(guī)范化的原理圖輸入方式。
??? 在PowerPCB設(shè)計中,凡是與原理圖網(wǎng)表不一致的改動都要到ECO方式下進行,但它給用戶提供了OLE鏈接,可以將原理圖中的修改傳到PCB中,也可以將PCB中的修改傳回原理圖。這樣,既防止了由于疏忽引起的錯誤,又給真正需要進行修改提供了方便。但是,要注意的是,進入ECO方式時要選擇“寫ECO文件”選項,而只有退出ECO方式,才會進行寫ECO文件操作。
??? 2.電源層和地層的選擇
??? PowerPCB中對電源層和地層的設(shè)置有兩種選擇,CAM Plane和Split/Mixed。Split/Mixed主要用于多個電源或地共用一個層的情況,但只有一個電源和地時也可以用。它的主要優(yōu)點是輸出時的圖和光繪的一致,便于檢查。而CAM Plane用于單個的電源或地,這種方式是負片輸出,要注意輸出時需加上第25層。第25層包含了地電信息,主要指電層的焊盤要比正常的焊盤大20mil左右的安全距離,保證金屬化過孔之后,不會有信號與地電相連。這就需要每個焊盤都包含有第25層的信息。而我們自己建庫時往往會忽略這個問題,造成使用Split/Mixed選項。
??? 3.推擠還是不推擠
??? PowerPCB提供了一個很好用的功能就是自動推擠。當我們手動布線時,印制板在我們的完全控制之下,打開自動推擠的功能,會感到非常的方便。但是如果在你完成了預(yù)布線之后,要自動布線時,最好將預(yù)布好的線固定住,否則自動布線時,軟件會認為此線段可移動,而將你的工作完全推翻,造成不必要的損失。
??? 4.定位孔的添加
??? 我們的印制板往往需要加一些安裝定位孔,但是對于PowerPCB來說,這就屬于與原理圖不一樣的器件擺放,需要在ECO方式下進行。但如果在最后的檢查中,軟件因此而給出我們許多的錯誤,就不大方便了。這種情況可以將定位孔器件設(shè)為非ECO注冊的即可。
??? 在編輯器件窗口下,選中“編輯電氣特性”按鈕,在該窗口中,選中“普通”項,不選中“ECO注冊”項。這樣在檢查時,PowerPCB不會認為這個器件是需要與網(wǎng)表比較的,不會出現(xiàn)不該有的錯誤。
??? 5.添加新的電源封裝
??? 由于我們的國際與美國軟件公司的標準不太一致,所以我們盡量配備了國際庫供大家使用。但是電源和地的新符號,必須在軟件自帶的庫中添加,否則它不會認為你建的符號是電源。
??? 所以當我們要建一個符合國標的電源符號時,需要先打開現(xiàn)有的電源符號組,選擇“編輯電氣連接”按鈕,點按“添加”按鈕,輸入你新建的符號的名字等信息。然后,再選中“編輯門封裝”按鈕,選中你剛剛建立的符號名,繪制出你需要的形狀,退出繪圖狀態(tài),保存。這個新的符號就可以在原理圖中調(diào)出了。
??? 6.空腳的設(shè)置
??? 我們用的器件中,有的管腳本身就是空腳,標志為NC。當我們建庫的時候,就要注意,否則標志為NC的管腳會連在一起。這是由于你在建庫時將NC管腳建在了“SINGAL_PINS”中,而PowerPCB認為“SINGAL_PINS”中的管腳是隱含的缺省管腳,是有用的管腳,如VCC和GND。所以,如果的NC管腳,必須將它們從“SINGAL_PINS”中刪除掉,或者說,你根本無需理睬它,不用作任何特殊的定義。
??? 7.三極管的管腳對照
??? 三極管的封裝變化很多,當自己建三極管的庫時,我們往往會發(fā)現(xiàn)原理圖的網(wǎng)表傳到PCB中后,與自己希望的連接不一致。這個問題主要還是出在建庫上。
??? 由于三極管的管腳往往用E,B,C來標志,所以在創(chuàng)建自己的三極管庫時,要在“編輯電氣連接”窗口中選中“包括文字數(shù)字管腳”復(fù)選框,這時,“文字數(shù)字管腳”標簽被點亮,進入該標簽,將三極管的相應(yīng)管腳改為字母。這樣,與PCB封裝對應(yīng)連線時會感到比較便于識別。
??? 8.表面貼器件的預(yù)處理
??? 現(xiàn)在,由于小型化的需求,表面貼器件得到越來越多的應(yīng)用。在布圖過程中,表面貼器件的處理很重要,尤其是在布多層板的時候。因為,表面貼器件只在一層上有電氣連接,不象雙列直插器件在板子上的放置是通孔,所以,當別的層需要與表面器件相連時就要從表面貼器件的管腳上拉出一條短線,打孔,再與其它器件連接,這就是所謂的扇入(FAN-IN),扇出(FAN-OUT)操作。
??? 如果需要的話,我們應(yīng)該首先對表面貼器件進行扇入,扇出操作,然后再進行布線,這是因為如果我們只是在自動布線的設(shè)置文件中選擇了要作扇入,扇出操作,軟件會在布線的過程中進行這項操作,這時,拉出的線就會曲曲折折,而且比較長。所以,我們可以在布局完成后,先進入自動布線器,在設(shè)置文件中只選擇扇入,扇出操作,不選擇其它布線選項,這樣從表面貼器件拉出來的線比較短,也比較整齊。
??? 9.將板圖加入AUTOCAD
??? 有時我們需要將印制板圖加入到結(jié)構(gòu)圖中,這時可以通過轉(zhuǎn)換工具將PCB文件轉(zhuǎn)換成AUTOCAD能夠識別的格式。在PCB繪圖框中,選中“文件”菜單中的“輸出”菜單項,在彈出的文件輸出窗口中將保存類型設(shè)為DXF文件,再保存。你就可以AUTOCAD中打開個這圖了。
??? 當然,PADS中有自動標注功能,可以對畫好的印制板進行尺寸標注,自動顯示出板框或定位孔的位置。要注意的是,標注結(jié)果在Drill-Drawing層要想在其它的輸出圖上加上標注,需要在輸出時,特別加上這一層才行。
??? 10. PowerPCB與ViewDraw的接口
??? 用ViewDraw的原理圖,可以產(chǎn)生PowerPCB的表,而PowerPCB讀入網(wǎng)表后,一樣可以進行自動布線等功能,而且,PowerPCB中有鏈接工具,可以與VIEWDRAW的原理圖動態(tài)鏈接、修改,保持電氣連接的一致性。
??? 但是,由于軟件修改升級的版本的差別,有時兩個軟件對器件名稱的定義不一致,會造成網(wǎng)表傳輸錯誤。要避免這種錯誤的發(fā)生,最好專門建一個存放ViewDraw與PowerPCB對應(yīng)器件的庫,當然這只是針對于一部分不匹配的器件來說的。可以用PowerPCB中的拷貝功能,很方便地將已存在的PowerPCB中的其它庫里的元件封裝拷貝到這個庫中,存成與VIEWDRAW中相對應(yīng)的名字。
??? 11.生成光繪文件
??? 以前,我們做印制板時都是將印制板圖拷在軟盤上,直接給制版廠。這種做法保密性差,而且很煩瑣,需要給制版廠另寫很詳細的說明文件?,F(xiàn)在,我們用PowerPCB直接生產(chǎn)光繪文件給廠家就可以了。從光繪文件的名字上就可以看出這是第幾層的走線,是絲印還是阻焊,十分方便,又安全。
??? 轉(zhuǎn)光繪文件步驟:
??? A.在PowerPCB的CAM輸出窗口的DEVICE SETUP中將APERTURE改為999。
??? B.轉(zhuǎn)走線層時,將文檔類型選為ROUTING,然后在LAYER中選擇板框和你需要放在這一層上的東西。不注意的是,轉(zhuǎn)走線時要將LINE,TEXT去掉(除非你要在線路上做銅字)。
??? C.轉(zhuǎn)阻焊時,將文檔類型選為SOLD_MASK,在頂層阻焊中要將過孔選中。
??? D.轉(zhuǎn)絲印時,將文檔類型選為SILK SCREEN,其余參照步驟B和C。
??? E.轉(zhuǎn)鉆孔數(shù)據(jù)時,將文檔類型選為NC DRILL,直接轉(zhuǎn)換。
??? 注意,轉(zhuǎn)光繪文件時要先預(yù)覽一下,預(yù)覽中的圖形就是你要的光繪輸出的圖形,所以要看仔細,以防出錯。
??? 有了對印制板設(shè)計的經(jīng)驗,如PowerPCB的強大功能,畫復(fù)雜印制板已不是令人煩心的事情了。值得高興的是,我們現(xiàn)在已經(jīng)有了將TANGO的PCB轉(zhuǎn)換成PowerPCB的工具,熟悉TANGO的廣大科技人員可以更加方便的加入到PowerPCB繪圖的行列中來,更加方便快捷地繪制出滿意的印制板

第三篇?? PCB互連設(shè)計過程中最大程度降低RF效應(yīng)的基本方法

????? 電路板系統(tǒng)的互連包括:芯片到電路板、PCB板內(nèi)互連以及PCB與外部器件之間的三類互連。在RF設(shè)計中,互連點處的電磁特性是工程設(shè)計面臨的主要問題之一,本文介紹上述三類互連設(shè)計的各種技巧,內(nèi)容涉及器件安裝方法、布線的隔離以及減少引線電感的措施等等。

?? 目前有跡象表明,印刷電路板設(shè)計的頻率越來越高。隨著數(shù)據(jù)速率的不斷增長,數(shù)據(jù)傳送所要求的帶寬也促使信號頻率上限達到1GHz,甚至更高。這種高頻信號技術(shù)雖然遠遠超出毫米波技術(shù)范圍(30GHz),但的確也涉及RF和低端微波技術(shù)。
??? RF工程設(shè)計方法必須能夠處理在較高頻段處通常會產(chǎn)生的較強電磁場效應(yīng)。這些電磁場能在相鄰信號線或PCB線上感生信號,導(dǎo)致令人討厭的串擾(干擾及總噪聲),并且會損害系統(tǒng)性能?;負p主要是由阻抗失配造成,對信號產(chǎn)生的影響如加性噪聲和干擾產(chǎn)生的影響一樣。
??? 高回損有兩種負面效應(yīng):1. 信號反射回信號源會增加系統(tǒng)噪聲,使接收機更加難以將噪聲和信號區(qū)分開來;2. 任何反射信號基本上都會使信號質(zhì)量降低,因為輸入信號的形狀出現(xiàn)了變化。
???? 盡管由于數(shù)字系統(tǒng)只處理1和0信號并具有非常好的容錯性,但是高速脈沖上升時產(chǎn)生的諧波會導(dǎo)致頻率越高信號越弱。盡管前向糾錯技術(shù)可以消除一些負面效應(yīng),但是系統(tǒng)的部分帶寬用于傳輸冗余數(shù)據(jù),從而導(dǎo)致系統(tǒng)性能的降低。一個較好的解決方案是讓RF效應(yīng)有助于而非有損于信號的完整性。建議數(shù)字系統(tǒng)最高頻率處(通常是較差數(shù)據(jù)點)的回損總值為-25dB,相當于VSWR為1.1。
???? PCB設(shè)計的目標是更小、更快和成本更低。對于RF PCB而言,高速信號有時會限制PCB設(shè)計的小型化。目前,解決串擾問題的主要方法是進行接地層管理,在布線之間進行間隔和降低引線電感(stud capacitance)。降低回損的主要方法是進行阻抗匹配。此方法包括對絕緣材料的有效管理以及對有源信號線和地線進行隔離,尤其在狀態(tài)發(fā)生跳變的信號線和地之間更要進行間隔。
???? 由于互連點是電路鏈上最為薄弱的環(huán)節(jié),在RF設(shè)計中,互連點處的電磁性質(zhì)是工程設(shè)計面臨的主要問題,要考察每個互連點并解決存在的問題。電路板系統(tǒng)的互連包括芯片到電路板、PCB板內(nèi)互連以及PCB與外部裝置之間信號輸入/輸出等三類互連。

一、芯片到PCB板間的互連
???? Pentium IV以及包含大量輸入/輸出互連點的高速芯片已經(jīng)面世。就芯片本身而言,其性能可靠,并且處理速率已經(jīng)能夠達到1GHz。在最近GHz互連研討會(www.az.ww .com)上,最令人激動之處在于:處理I/O數(shù)量和頻率不斷增長問題的方法已經(jīng)廣為人知。芯片與PCB互連的最主要問題是互連密度太高會導(dǎo)致PCB材料的基本結(jié)構(gòu)成為限制互連密度增長的因素。會議上提出了一個創(chuàng)新的解決方案,即采用芯片內(nèi)部的本地?zé)o線發(fā)射器將數(shù)據(jù)傳送到鄰近的電路板上。
???? 無論此方案是否有效,與會人員都非常清楚:就高頻應(yīng)用而言,IC設(shè)計技術(shù)已遠遠領(lǐng)先于PCB設(shè)計技術(shù)。

二、PCB板內(nèi)互連
? 進行高頻PCB設(shè)計的技巧和方法如下:
1. 傳輸線拐角要采用45°角,以降低回損(圖1);
2. 要采用絕緣常數(shù)值按層次嚴格受控的高性能絕緣電路板。這種方法有利于對絕緣材料與鄰近布線之間的電磁場進行有效管理。
3. 要完善有關(guān)高精度蝕刻的PCB設(shè)計規(guī)范。要考慮規(guī)定線寬總誤差為+/-0.0007英寸、對布線形狀的下切(undercut)和橫斷面進行管理并指定布線側(cè)壁電鍍條件。對布線(導(dǎo)線)幾何形狀和涂層表面進行總體管理,對解決與微波頻率相關(guān)的趨膚效應(yīng)問題及實現(xiàn)這些規(guī)范相當重要。
4. 突出引線存在抽頭電感,要避免使用有引線的組件。高頻環(huán)境下,最好使用表面安裝組件。
5. 對信號過孔而言,要避免在敏感板上使用過孔加工(pth)工藝,因為該工藝會導(dǎo)致過孔處產(chǎn)生引線電感。如一個20層板上的一個過孔用于連接1至3層時,引線電感可影響4到19層。
6. 要提供豐富的接地層。要采用模壓孔將這些接地層連接起來防止3維電磁場對電路板的影響。
7. 要選擇非電解鍍鎳或浸鍍金工藝,不要采用HASL法進行電鍍。這種電鍍表面能為高頻電流提供更好的趨膚效應(yīng)(圖2)。此外,這種高可焊涂層所需引線較少,有助于減少環(huán)境污染。
8. 阻焊層可防止焊錫膏的流動。但是,由于厚度不確定性和絕緣性能的未知性,整個板表面都覆蓋阻焊材料將會導(dǎo)致微帶設(shè)計中的電磁能量的較大變化。一般采用焊壩(solder dam)來作阻焊層。
??? 如果你不熟悉這些方法,可向曾從事過軍用微波電路板設(shè)計的經(jīng)驗豐富的設(shè)計工程師咨詢。你還可同他們討論一下你所能承受的價格范圍。例如,采用背面覆銅共面(copper-backed coplanar)微帶設(shè)計比帶狀線設(shè)計更為經(jīng)濟,你可就此同他們進行討論以便得到更好的建議。優(yōu)秀的工程師可能不習(xí)慣考慮成本問題,但是其建議也是相當有幫助的。現(xiàn)在要盡量對那些不熟悉RF效應(yīng)、缺乏處理RF效應(yīng)經(jīng)驗的年輕工程師進行培養(yǎng),這將會是一項長期工作。
??? 此外,還可以采用其他解決方案,如改進計算機型,使之具備RF效應(yīng)處理能力。

三、PCB與外部裝置互連
???? 現(xiàn)在可以認為我們解決了板上以及各個分立組件互連上的所有信號管理問題。那么怎么解決從電路板到連接遠端器件導(dǎo)線的信號輸入/輸出問題呢?同軸電纜技術(shù)的創(chuàng)新者Trompeter Electronics公司正致力于解決這個問題,并已經(jīng)取得一些重要進展(圖3)。 另外,看一下圖4中給出的電磁場。這種情況下,我們管理著微帶到同軸電纜之間的轉(zhuǎn)換。在同軸電纜中,地線層是環(huán)形交織的,并且間隔均勻。在微帶中,接地層在有源線之下。這就引入了某些邊緣效應(yīng),需在設(shè)計時了解、預(yù)測并加以考慮。當然,這種不匹配也會導(dǎo)致回損,必須最大程度減小這種不匹配以避免產(chǎn)生噪音和信號干擾。
???? 電路板內(nèi)阻抗問題的管理并不是一個可以忽略的設(shè)計問題。阻抗從電路板表層開始,然后通過一個焊點到接頭,最后終結(jié)于同軸電纜處。由于阻抗隨頻率變化,頻率越高,阻抗管理越難。在寬帶上采用更高頻率來傳輸信號的問題看來是設(shè)計中面臨的主要問題。

本文總結(jié)
??? PCB平臺技術(shù)需要不斷改進以達到集成電路設(shè)計人員的要求。PCB設(shè)計中高頻信號的管理以及PCB電路板上信號輸入/輸出的管理都需要不斷的改進。無論以后會發(fā)生什么令人激動的創(chuàng)新,我都認為帶寬將會越來越高,而采用高頻信號技術(shù)就是實現(xiàn)這種帶寬不斷增長的前提。

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