如果阻抗變化只發(fā)生一次，例如線寬從8mil變到6mil后，一直保持6mil寬度這種情況，要達(dá)到突變處信號(hào)反射噪聲不超過(guò)電壓擺幅的5%這一噪聲預(yù)算要求，阻抗變化必須小于10%。這有時(shí)很難做到，以 FR4板材上微帶線的情況為例，我們計(jì)算一下。如果線寬8mil，線條和參考平面之間的厚度為4mil，特性阻抗為46.5歐姆。線寬變化到6mil后特性阻抗變成54.2歐姆，阻抗變化率達(dá)到了20%。反射信號(hào)的幅度必然超標(biāo)。至于對(duì)信號(hào)造成多大影響，還和信號(hào)上升時(shí)間和驅(qū)動(dòng)端到反射點(diǎn)處信號(hào)的時(shí)延有關(guān)。但至少這是一個(gè)潛在的問(wèn)題點(diǎn)。幸運(yùn)的是這時(shí)可以通過(guò)阻抗匹配端接解決問(wèn)題。如果阻抗變化發(fā)生兩次，例如線寬從8mil變到6mil后，拉出2cm后又變回8mil。那么在2cm長(zhǎng)6mil寬線條的兩個(gè)端點(diǎn)處都會(huì)發(fā)生反射，一次是阻抗變大，發(fā)生正反射，接著阻抗變小，發(fā)生負(fù)反射。如果兩次反射間隔時(shí)間足夠短，兩次反射就有可能相互抵消，從而減小影響。假設(shè)傳輸信號(hào)為1V，第Y次正反射有0.2V被反射，1.2V繼續(xù)向前傳輸，第二次反射有 -0.2*1.2 = 0.24v被反射回。再假設(shè)6mil線長(zhǎng)度極短，兩次反射幾乎同時(shí)發(fā)生，那么總的反射電壓只有0.04V，小于5%這一噪聲預(yù)算要求。因此，這種反射是否影響信號(hào)，有多大影響，和阻抗變化處的時(shí)延以及信號(hào)上升時(shí)間有關(guān)。研究及實(shí)驗(yàn)表明，只要阻抗變化處的時(shí)延小于信號(hào)上升時(shí)間的20%，反射信號(hào)就不會(huì)造成問(wèn)題。如果信號(hào)上升時(shí)間為1ns，那么阻抗變化處的時(shí)延小于0.2ns對(duì)應(yīng)1.2英寸，反射就不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。也就是說(shuō)，對(duì)于本例情況，6mil寬走線的長(zhǎng)度只要小于3cm就不會(huì)有問(wèn)題。

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。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)熱門課題?；谛盘?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)線周圍介質(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，還有元件的焊盤類型。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焊盤尺寸位置正確才能保證元件能正確焊接。焊盤的選擇：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(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和信號(hào)。其次我們還應(yīng)該注意焊盤的位置。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。

在高速設(shè)計(jì)中，可控阻抗板和線路的特性阻抗問(wèn)題困擾著許多中國(guó)工程師。本文通過(guò)簡(jiǎn)單而且直觀的方法介紹了特性阻抗的基本性質(zhì)、計(jì)算和測(cè)量方法。在高速設(shè)計(jì)中，可控阻抗板和線路的特性阻抗是最重要和最普遍的問(wèn)題之一。首先了解一下傳輸線的定義：傳輸線由兩個(gè)具有一定長(zhǎng)度的導(dǎo)體組成，一個(gè)導(dǎo)體用來(lái)發(fā)送信號(hào)，另一個(gè)用來(lái)接收信號(hào)(切記“回路”取代“地”的概念)。在一個(gè)多層板中，每一條線路都是傳輸線的組成部分，鄰近的參考平面可作為第二條線路或回路。一條線路成為“性能良好”傳輸線的關(guān)鍵是使它的特性阻抗在整個(gè)線路中保持恒定。線路板成為“可控阻抗板”的關(guān)鍵是使所有線路的特性阻抗?jié)M足一個(gè)規(guī)定值，通常在25歐姆和70歐姆之間。在多層線路板中，傳輸線性能良好的關(guān)鍵是使它的特性阻抗在整條線路中保持恒定。但是，究竟什么是特性阻抗?理解特性阻抗最簡(jiǎn)單的方法是看信號(hào)在傳輸中碰到了什么。當(dāng)沿著一條具有同樣橫截面?zhèn)鬏斁€移動(dòng)時(shí)，這類似圖1所示的微波傳輸。假定把1伏特的電壓階梯波加到這條傳輸線中，如把1伏特的電池連接到傳輸線的前端(它位于發(fā)送線路和回路之間)，一旦連接，這個(gè)電壓波信號(hào)沿著該線以光速傳播，它的速度通常約為6英寸/納秒。當(dāng)然，這個(gè)信號(hào)確實(shí)是發(fā)送線路和回路之間的電壓差，它可以從發(fā)送線路的任何一點(diǎn)和回路的相臨點(diǎn)來(lái)衡量。圖2是該電壓信號(hào)的傳輸示意圖。Zen的方法是先“產(chǎn)生信號(hào)”，然后沿著這條傳輸線以6英寸/納秒的速度傳播。第Y個(gè)0.01納秒前進(jìn)了0.06英寸，這時(shí)發(fā)送線路有多余的正電荷，而回路有多余的負(fù)電荷，正是這兩種電荷差維持著這兩個(gè)導(dǎo)體之間的1伏電壓差，而這兩個(gè)導(dǎo)體又組成了一個(gè)電容器。在下一個(gè)0.01納秒中，又要將一段0.06英寸傳輸線的電壓從0調(diào)整到1伏特，這必須加一些正電荷到發(fā)送線路，而加一些負(fù)電荷到接收線路。每移動(dòng)0.06英寸，必須把更多的正電荷加到發(fā)送線路，而把更多的負(fù)電荷加到回路。每隔0.01納秒，必須對(duì)傳輸線路的另外一段進(jìn)行充電，然后信號(hào)開(kāi)始沿著這一段傳播。電荷來(lái)自傳輸線前端的電池，當(dāng)沿著這條線移動(dòng)時(shí)，就給傳輸線的連續(xù)部分充電，因而在發(fā)送線路和回路之間形成了1伏特的電壓差。每前進(jìn)0.01納秒，就從電池中獲得一些電荷(±Q)，恒定的時(shí)間間隔(±t)內(nèi)從電池中流出的恒定電量(±Q)就是一種恒定電流。流入回路的負(fù)電流實(shí)際上與流出的正電流相等，而且正好在信號(hào)波的前端，交流電流通過(guò)上、下線路組成的電容，結(jié)束整個(gè)循環(huán)過(guò)程。

開(kāi)發(fā)PCB電路板大量涉及蝕刻面的質(zhì)量問(wèn)題都集中在上板面被蝕刻的部分，而這些問(wèn)題來(lái)自于蝕刻劑所產(chǎn)生的膠狀板結(jié)物的影響。開(kāi)發(fā)PCB電路板生產(chǎn)商對(duì)這一點(diǎn)的了解是十分重要的，因膠狀板結(jié)物堆積在銅表面上。一方面會(huì)影響噴射力，另一方面會(huì)阻檔了新鮮蝕刻液的補(bǔ)充，使蝕刻的速度被降低。正因膠狀板結(jié)物的形成和堆積，使得基板上下面的圖形的蝕刻程度不同，先進(jìn)入的基板因堆積尚未形成，蝕刻速度較快， 故容易被徹底地蝕刻或造成過(guò)腐蝕，而后進(jìn)入的基板因堆積已形成，而減慢了蝕刻的速度。蝕刻設(shè)備的維護(hù)維護(hù)蝕刻設(shè)備的最關(guān)鍵因素就是要保證噴嘴的高清潔度及無(wú)阻塞物，使噴嘴能暢順地噴射。阻塞物或結(jié)渣會(huì)使噴射時(shí)產(chǎn)生壓力作用，沖擊板面。而噴嘴不清潔，則會(huì)造成蝕刻不均勻而使整塊電路板報(bào)廢。明顯地，設(shè)備的維護(hù)就是更換破損件和磨損件，因噴嘴同樣存在著磨損的問(wèn)題，所以更換時(shí)應(yīng)包括噴嘴。此外，更為關(guān)鍵的問(wèn)題是要保持蝕刻機(jī)沒(méi)有結(jié)渣，因很多時(shí)結(jié)渣堆積過(guò)多會(huì)對(duì)蝕刻液的化學(xué)平衡產(chǎn)生影響。同樣地，如果蝕刻液出現(xiàn)化學(xué)不平衡，結(jié)渣的情況就會(huì)愈加嚴(yán)重。蝕刻液突然出現(xiàn)大量結(jié)渣時(shí)，通常是一個(gè)信號(hào)，表示溶液的平衡出現(xiàn)了問(wèn)題，這時(shí)應(yīng)使用較強(qiáng)的鹽酸作適當(dāng)?shù)那鍧嵒驅(qū)θ芤哼M(jìn)行補(bǔ)加。