cb規(guī)模設(shè)計(jì)技術(shù)所向

Pcb規(guī)模設(shè)計(jì)技術(shù)由于市場(chǎng)需要，印刷線路板早在五十年代初期已經(jīng)開(kāi)始了大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，當(dāng)時(shí)主要是采用印刷及蝕刻法制造簡(jiǎn)單的單面線路板。到六十和七十年代隨著電鍍技術(shù)的引進(jìn)其突破使線路板業(yè)有能力印制雙面以及多層板！直到八十和九十年代線路板的復(fù)雜的設(shè)計(jì)和嚴(yán)格的要求推動(dòng)了PCB業(yè)迅速地發(fā)展及研發(fā)嶄新的生產(chǎn)技術(shù)，隨著大量新式材料，新式設(shè)備，新式測(cè)試儀器的相繼涌現(xiàn)，印刷線路板已進(jìn)一步向高密度的互連，高層，高性能，高可靠性，高附加值和自動(dòng)化持續(xù)的方向發(fā)展！

在過(guò)去短短幾年，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通訊科技市場(chǎng)持續(xù)迅猛發(fā)展，電子業(yè)的科技相應(yīng)迅速成長(zhǎng)，線路板不但要有效的傳送訊號(hào)，更要求不斷向輕，薄，短小方向發(fā)展，因此，采用革新的技術(shù)來(lái)生產(chǎn)輕薄型的線路板是必然的趨勢(shì)！在現(xiàn)代通信中，PCB可以說(shuō)是無(wú)處不用，成為眾所周知的產(chǎn)品。PCB被廣泛應(yīng)用在電子

通信

醫(yī)學(xué)

軍事等各個(gè)領(lǐng)域.近年來(lái),隨著電子產(chǎn)品工藝尺寸的日益縮小

電路復(fù)雜度的提高,芯片面積不斷減小，ＰＣＢ密度越來(lái)越高，使電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化和PCB不斷的創(chuàng)新,對(duì)PCB的設(shè)計(jì)提出了更加嚴(yán)格的要求。我們知道，即使原理很正確，如果PCB的設(shè)計(jì)不當(dāng)，很可能造成整個(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定，甚至不工作，使得調(diào)試更加困難。因此，在對(duì)的PCB設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)同任何芯片的PCB設(shè)計(jì)一樣，必須認(rèn)真仔細(xì)考慮，使PCB的整體設(shè)計(jì)盡量合理，加快系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)速度．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。PCB設(shè)計(jì)的好壞對(duì)抗干擾能力影響很大。因此，在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)。必須遵守PCB設(shè)計(jì)的一般原則，并應(yīng)符合抗干擾設(shè)計(jì)的要求。

PCB設(shè)計(jì)的一般原則要使電子電路獲得最佳性能，元器件的布且及導(dǎo)線的布設(shè)是很重要的。為了設(shè)計(jì)質(zhì)量好、造價(jià)低的PCB。應(yīng)遵循以下一般原則：一．1.

布局首先，要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過(guò)大時(shí)，印制線條長(zhǎng)，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；過(guò)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(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局。在確定特殊元件的位置時(shí)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(yuǎn)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(shí)手不易觸及的地方。(3)

重量超過(guò)15g的元器件、應(yīng)當(dāng)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(jī)的機(jī)箱底板上，且應(yīng)考慮散熱問(wèn)題。熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。(4)對(duì)于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動(dòng)開(kāi)關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求。若是機(jī)內(nèi)調(diào)節(jié)，應(yīng)放在印制板上方便于調(diào)節(jié)的地方；若是機(jī)外調(diào)節(jié)，其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機(jī)箱面板上的位置相適應(yīng)。1、

電路模塊進(jìn)行布局，實(shí)現(xiàn)同一功能的相關(guān)電路稱為一個(gè)模塊，電路模塊中的元件應(yīng)采用就近集中原則，同時(shí)數(shù)字電路和模擬電路分開(kāi)。2、

定位孔、標(biāo)準(zhǔn)孔等非安裝孔周圍1.27mm

內(nèi)不得貼裝元、器件，螺釘?shù)劝惭b孔周圍3.5mm（對(duì)于M2.5）、4mm（對(duì)于M3）內(nèi)不得貼裝元器件。3、

臥裝電阻、電感（插件）、電解電容等元件的下方避免布過(guò)孔，以免波峰焊后過(guò)孔與元件殼體短路。4、

元器件的外側(cè)距板邊的距離為5mm。5、

貼裝元件焊盤的外側(cè)與相鄰插裝元件的外側(cè)距離大于2mm。6、

金屬殼體元器件和金屬件（屏蔽盒等）不能與其它元器件相碰，不能緊貼印制線、焊盤，其間距應(yīng)大于2mm。定位孔、緊固件安裝孔、橢圓孔及板中其它方孔外側(cè)距板邊的尺寸大于3mm。7、

發(fā)熱元件不能緊鄰導(dǎo)線和熱敏元件；高熱器件要均衡分布。8、

電源插座要盡量布置在印制板的四周，電源插座與其相連的匯流條接線端應(yīng)布置在同側(cè)。特別應(yīng)注意不要把電源插座及其它焊接連接器布置在連接器之間，以利于這些插座、連接器的焊接及電源線纜設(shè)計(jì)和扎線。電源插座及焊接連接器的布置間距應(yīng)考慮方便電源插頭的插拔。9、

其它元器件的布置所有IC

元件單邊對(duì)齊，有極性元件極性標(biāo)示明確，同一印制板上極性標(biāo)示不得多于兩個(gè)方向出現(xiàn)兩個(gè)方向時(shí)，兩個(gè)方向互相垂直。10、

板面布線應(yīng)疏密得當(dāng)，當(dāng)疏密差別太大時(shí)應(yīng)以網(wǎng)狀銅箔填充，網(wǎng)格大于8mil(或0.2mm)。11、

貼片焊盤上不能有通孔，以免焊膏流失造成元件虛焊。重要信號(hào)線不準(zhǔn)從插座腳間穿過(guò)。12、貼片單邊對(duì)齊，字符方向一致，封裝方向一致。13、有極性的器件在以同一板上的極性標(biāo)示方向盡量保持一致。1.

電路的全部元器件進(jìn)行布局時(shí)，要符合以下原則：1)按照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置，使布局便于信號(hào)流通，并使信號(hào)盡可能保持一致的方向。2)以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它來(lái)進(jìn)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３mm。電路板的最佳形狀為矩形。長(zhǎng)寬比為3：2成4：3。電路板面尺寸大于200x150mm時(shí)。應(yīng)考慮電路板所受的機(jī)械強(qiáng)度。

PCB

原材料1．

PCB板材：最常用

:

FR-4（全玻璃纖維）、多層板最為常用

94V0（防火板）、

單面板常用

CEM-3（半玻璃纖板）、

單面板常用

FPC（軟性板）2．

PCB厚度：常用的2.0mm、1.6mm、1.2mm、1.0mm、0.8mm、0.6mm3．

PCB的銅皮厚度：1.0

OZ

0.5OZ4．

溫度:240-2705．

表面處理:裸銅、浸錫、鍍鎳、鍍金等。6.

PCB板有單層

雙層

多層板

二．

PCB制作工藝：1．

流程：材料切割、鉆孔、腐蝕、過(guò)綠油、絲印、表面處理、沖外形、測(cè)試。2．

目前PCB同行設(shè)計(jì)的能力：最高設(shè)計(jì)層數(shù):28層;最大Connections:30000最小線寬:3Mil;最高速信號(hào)：3.125G差分信號(hào)最小線間距:4Mil;最大Pad數(shù)目：40000;最小過(guò)孔:8Mil;激光孔小至4Mil.每塊板最多BGA數(shù)：48三．

LAYOUT的基本要求及規(guī)則：1．

要求：原理圖（確定好封裝）、結(jié)構(gòu)、2．

基本流程：原理圖及PCB封裝的確定、將結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)成PCB格式、將原理圖導(dǎo)入PCB、零件的擺放、走線、檢查、生成GERBER。3．

基本規(guī)則：根據(jù)我們廠的規(guī)則請(qǐng)參照《PCB作業(yè)規(guī)范》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。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實(shí)現(xiàn)的方式較多。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)品質(zhì)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?。所謂適當(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?。若兩線忽遠(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、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

stripline的結(jié)構(gòu)時(shí)。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。

９、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。１0、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。22、在電路板尺寸固定的情況下，如果設(shè)計(jì)中需要容納更多的功能，就往往需要提高PCB的走線密度，但是這樣有可能導(dǎo)致走線的相互干擾增強(qiáng)，同時(shí)走線過(guò)細(xì)也使阻抗無(wú)法降低，請(qǐng)專家介紹在高速（>100MHz）高密度PCB設(shè)計(jì)中的技巧?在設(shè)計(jì)高速高密度PCB時(shí)，串?dāng)_(crosstalk

interference)確實(shí)是要特別注意的，因?yàn)樗鼘?duì)時(shí)序(timing)與信號(hào)完整性(signal

integrity)有很大的影響。以下提供幾個(gè)注意的地方：

1.控制走線特性阻抗的連續(xù)與匹配。

2.走線間距的大小。一般?？吹降拈g距為兩倍線寬?？梢酝高^(guò)仿真來(lái)知道走線間距對(duì)時(shí)序及信號(hào)完整性的影響，找出可容忍的最小間距。不同芯片信號(hào)的結(jié)果可能不同。

3.選擇適當(dāng)?shù)亩私臃绞健?/p>

4.避免上下相鄰兩層的走線方向相同，甚至有走線正好上下重迭在一起，因?yàn)檫@種串?dāng)_比同層相鄰走線的情形還大。

5.利用盲埋孔(blind/buried

via)來(lái)增加走線面積。但是PCB板的制作成本會(huì)增加。

在實(shí)際執(zhí)行時(shí)確實(shí)很難達(dá)到完全平行與等長(zhǎng)，不過(guò)還是要盡量做到。除此以外，可以預(yù)留差分端接和共模端接，以緩和對(duì)時(shí)序與信號(hào)完整性的影響。

24、濾波時(shí)選用電感，電容值的方法是什么？電感值的選用除了考慮所想濾掉的噪聲頻率外，還要考慮瞬時(shí)電流的反應(yīng)能力。如果LC的輸出端會(huì)有機(jī)會(huì)需要瞬間輸出大電流，則電感值太大會(huì)阻礙此大電流流經(jīng)此電感的速度，增加紋波噪聲(ripple

noise)。

電容值則和所能容忍的紋波噪聲規(guī)范值的大小有關(guān)。紋波噪聲值要求越小，電容值會(huì)較大。而電容的ESR/ESL也會(huì)有影響。

另外，如果這LC是放在開(kāi)關(guān)式電源(switching

regulation

power)的輸出端時(shí)，還要注意此LC所產(chǎn)生的極點(diǎn)零點(diǎn)(pole/zero)對(duì)負(fù)反饋控制(negative

feedback

control)回路穩(wěn)定度的影響。

26、當(dāng)一塊PCB板中有多個(gè)數(shù)/模功能塊時(shí)，常規(guī)做法是要將數(shù)/模地分開(kāi)，原因何在？將數(shù)/模地分開(kāi)的原因是因?yàn)閿?shù)字電路在高低電位切換時(shí)會(huì)在電源和地產(chǎn)生噪聲，噪聲的大小跟信號(hào)的速度及電流大小有關(guān)。如果地平面上不分割且由數(shù)字區(qū)域電路所產(chǎn)生的噪聲較大而模擬區(qū)域的電路又非常接近，則即使數(shù)模信號(hào)不交叉，

模擬的信號(hào)依然會(huì)被地噪聲干擾。也就是說(shuō)數(shù)模地不分割的方式只能在模擬電路區(qū)域距產(chǎn)生大噪聲的數(shù)字電路區(qū)域較遠(yuǎn)時(shí)使用。27、另一種作法是在確保數(shù)/模分開(kāi)布局，且數(shù)/模信號(hào)走線相互不交叉的情況下，整個(gè)PCB板地不做分割，數(shù)/模地都連到這個(gè)地平面上。道理何在？數(shù)模信號(hào)走線不能交叉的要求是因?yàn)樗俣壬钥斓臄?shù)字信號(hào)其返回電流路徑(return

current

path)會(huì)盡量沿著走線的下方附近的地流回?cái)?shù)字信號(hào)的源頭，若數(shù)模信號(hào)走線交叉，則返回電流所產(chǎn)生的噪聲便會(huì)出現(xiàn)在模擬電路區(qū)域內(nèi)。2、為何要鋪銅？一般鋪銅有幾個(gè)方面原因。１，EMC.對(duì)于大面積的地或電源鋪銅，會(huì)起到屏蔽作用，有些特殊地，如PGND起到防護(hù)作用。２，PCB工藝要求。一般為了保證電鍍效果，或者層壓不變形，對(duì)于布線較少的PCB板層鋪銅。３，信號(hào)完整性要求，給高頻數(shù)字信號(hào)一個(gè)完整的回流路徑，并減少直流網(wǎng)絡(luò)的布線。當(dāng)然還有散熱，特殊器件安裝要求鋪銅等等原因。51、在數(shù)字和模擬并存的系統(tǒng)中，有2種處理方法，一個(gè)是數(shù)字地和模擬地分開(kāi)，比如在地層，數(shù)字地是獨(dú)立地一塊，模擬地獨(dú)立一塊，單點(diǎn)用銅皮或FB磁珠連接，而電源不分開(kāi)；另一種是模擬電源和數(shù)字電源分開(kāi)用FB連接，而地是統(tǒng)一接地。請(qǐng)問(wèn)李先生，這兩種方法效果是否一樣？

應(yīng)該說(shuō)從原理上講是一樣的。因?yàn)殡娫春偷貙?duì)高頻信號(hào)是等效的。區(qū)分模擬和數(shù)字部分的目的是為了抗干擾，主要是數(shù)字電路對(duì)模擬電路的干擾。2.3.2

自動(dòng)布局

PowerPCB

提供了自動(dòng)布局和自動(dòng)的局部簇布局，但對(duì)大多數(shù)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，效果并不理想，不推薦使用。

2.3.3

注意事項(xiàng)

a.

布局的首要原則是保證布線的布通率，移動(dòng)器件時(shí)注意飛線的連接，把有連線關(guān)系的器件放在一起

b.

數(shù)字器件和模擬器件要分開(kāi)，盡量遠(yuǎn)離

c.

去耦電容盡量靠近器件的VCC

d.

放置器件時(shí)要考慮以后的焊接，不要太密集

2.4

布線

布線的方式也有兩種，手工布線和自動(dòng)布線。PowerPCB提供的手工布線功能十分強(qiáng)大，包括自動(dòng)推擠、在線設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC），自動(dòng)布線由Specctra的布線引擎進(jìn)行，通常這兩種方法配合使用，常用的步驟是手工—自動(dòng)—手工。

2.4.1

手工布線

1.

自動(dòng)布線前，先用手工布一些重要的網(wǎng)絡(luò)，比如高頻時(shí)鐘、主電源等，這些網(wǎng)絡(luò)往往對(duì)走線距離、線寬、線間距、屏蔽等有特殊的要求；另外一些特殊封裝，如BGA，

自動(dòng)布線很難布得有規(guī)則，也要用手工布線。

2.

自動(dòng)布線以后，還要用手工布線對(duì)PCB的走線進(jìn)行調(diào)整。

2.4.2

自動(dòng)布線

手工布線結(jié)束以后，剩下的網(wǎng)絡(luò)就交給自動(dòng)布線器來(lái)自布。選擇Tools->SPECCTRA，啟動(dòng)Specctra布線器的接口，設(shè)置好DO文件，按Continue就啟動(dòng)了Specctra布線器自動(dòng)布線，結(jié)束后如果布通率為100%，那么就可以進(jìn)行手工調(diào)整布線了；如果不到100%，說(shuō)明布局或手工布線有問(wèn)題，需要調(diào)整布局或手工布線，直至全部布通為止。

2.4.3

注意事項(xiàng)

a.

電源線和地線盡量加粗

b.

去耦電容盡量與VCC直接連接

d.

如果有混合電源層，應(yīng)該將該層定義為Split/mixed

Plane，在布線之前將其分割，布完線之后，使用Pour

Manager的Plane

Connect進(jìn)行覆銅

e.

將所有的器件管腳設(shè)置為熱焊盤方式，做法是將Filter設(shè)為Pins，選中所有的管腳，

修改屬性，在Thermal選項(xiàng)前打勾

f.

手動(dòng)布線時(shí)把DRC選項(xiàng)打開(kāi)