1.寄生電容過孔本身存在著對地或電源的寄生電容,如果已知過孔在內層上的隔離孔直徑為D2;過孔焊盤的直徑為D1;PCB的厚度為T;板基材的相對介電常數(shù)為ε;過孔的寄生電容延Κ了電路中信號的上升時問,降低了電路的速度。如果一塊厚度為25mil的PCB,使用內徑為10mil,焊盤直徑為20mil的過孔,內層電氣間隙寬度為32mil時,可以通過上面的公式近似算出過孔的寄生電容大致為0.259 pF。如果走線的特性阻抗為30Ω,則該寄生電容引起的信號上升時間延長量。系數(shù)1/2是因為過孔在走線的中途。從這些數(shù)值可以看出,盡管單個過孔的寄生電容引起的上升沿變緩的效用不是很明顯,但是如果走線中多次使用過孔進行層間的切換,設計者還是要慎重考慮的。2.寄生電感過孔還具有與其高度和直徑直接相關的串聯(lián)寄生電感。若九是過孔的高度;d是中心鉆孔的直徑;則過孔的寄生電感L近似為在高速數(shù)字電路的設計中,寄生電感帶來的危害超過寄生電容的影響。過孔的寄生串聯(lián)電感會削弱旁路電容在電源或地平面濾除噪聲的作用,減弱整個電源系統(tǒng)的濾波效用c因此旁路和去耦電容的過孔應該盡可能短,以使其電感值最小。通過上面對過孔寄生特性的分析,為了減小過孔的寄生效應帶來的不利影響,在進行高速PCB設計時應盡量做到:· 盡量減少過孔,尤其是時鐘信號走線;· 使用較薄的PCB有利于減小過孔的兩種寄生參數(shù);· 過孔阻抗應該盡可能與其連接的走線的阻抗相匹配,以便減小信號的反射;
在高速設計中,可控阻抗板和線路的特性阻抗問題困擾著許多中國工程師。本文通過簡單而且直觀的方法介紹了特性阻抗的基本性質、計算和測量方法。在高速設計中,可控阻抗板和線路的特性阻抗是最重要和最普遍的問題之一。首先了解一下傳輸線的定義:傳輸線由兩個具有一定長度的導體組成,一個導體用來發(fā)送信號,另一個用來接收信號(切記“回路”取代“地”的概念)。在一個多層板中,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”傳輸線的關鍵是使它的特性阻抗在整個線路中保持恒定。線路板成為“可控阻抗板”的關鍵是使所有線路的特性阻抗?jié)M足一個規(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?理解特性阻抗最簡單的方法是看信號在傳輸中碰到了什么。當沿著一條具有同樣橫截面?zhèn)鬏斁€移動時,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,這個電壓波信號沿著該線以光速傳播,它的速度通常約為6英寸/納秒。當然,這個信號確實是發(fā)送線路和回路之間的電壓差,它可以從發(fā)送線路的任何一點和回路的相臨點來衡量。圖2是該電壓信號的傳輸示意圖。Zen的方法是先“產(chǎn)生信號”,然后沿著這條傳輸線以6英寸/納秒的速度傳播。第Y個0.01納秒前進了0.06英寸,這時發(fā)送線路有多余的正電荷,而回路有多余的負電荷,正是這兩種電荷差維持著這兩個導體之間的1伏電壓差,而這兩個導體又組成了一個電容器。在下一個0.01納秒中,又要將一段0.06英寸傳輸線的電壓從0調整到1伏特,這必須加一些正電荷到發(fā)送線路,而加一些負電荷到接收線路。每移動0.06英寸,必須把更多的正電荷加到發(fā)送線路,而把更多的負電荷加到回路。每隔0.01納秒,必須對傳輸線路的另外一段進行充電,然后信號開始沿著這一段傳播。電荷來自傳輸線前端的電池,當沿著這條線移動時,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0.01納秒,就從電池中獲得一些電荷(±Q),恒定的時間間隔(±t)內從電池中流出的恒定電量(±Q)就是一種恒定電流。流入回路的負電流實際上與流出的正電流相等,而且正好在信號波的前端,交流電流通過上、下線路組成的電容,結束整個循環(huán)過程。
河北開發(fā)PCB打樣覆銅,就是將PCB上閑置的空間作為基準面,然后用固體銅填充,這些銅區(qū)又稱為灌銅。開發(fā)PCB打樣敷銅的意義在于,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”作為基準參考來獨立覆銅,數(shù)字地和模擬地分開來敷銅自不多言。同時在覆銅之前,首先加粗相應的電源連線:V5.0V、V3.6V、V3.3V(SD卡供電),等等。這樣一來,就形成了多個不同形狀的多變形結構。覆銅需要處理好幾個問題:一是不同地的單點連接,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))問題,如果覺得很大,那就定義個地過孔添加進去也費不了多大的事。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,如果過波峰焊時,板子就可能會翹起來,甚至會起泡。從這點來說,網(wǎng)格的散熱性要好些。通常是高頻電路對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。補充下:在數(shù)字電路中,特別是帶MCU的電路中,兆級以上工作頻率的電路,敷銅的作用就是為了降低整個地平面的阻抗。更具體的處理方法我一般是這樣來操作的:各個核心模塊(也都是數(shù)字電路)在允許的情況下也會分區(qū)敷銅,然后再用線把各個敷銅連接起來,這樣做的目的也是為了減小各級電路之間的影響。對于數(shù)字電路模擬電路 混合的電路,地線的獨立走線,以及到最后到電源濾波電容處的匯總就不多說了,大家都清楚。不過有一點:模擬電路里的地線分布,很多時候不能簡單敷成一片銅皮就了事,因為模擬電路里很注重前后級的互相影響,而且模擬地也要求單點接地,所以能不能把模擬地敷成銅皮還得根據(jù)實際情況處理。(這就要求對所用到的模擬IC的一些特殊性能還是要了解的)
一、拿一塊PCB板,首先需要在紙上記錄好所有元氣件的型號,參數(shù)以及位置,尤其是二極管、三級管的方向,IC缺口的方向。最好用數(shù)碼相機拍兩張元器件位置的照片。二、拆掉所有元件,要將PAD孔里的錫去掉。用酒精將板子擦洗干凈,然后放入掃描儀,在掃描儀掃描的時候要稍調高一下掃描的像素,得到較清晰的板子圖像。再用水紗紙將頂層和底層輕微打磨,打磨到銅膜發(fā)亮,放入掃描儀,啟動PHOTOSHOP,用彩色方式將兩層分別掃入。注意,PCB在掃描儀內擺放一定要橫平豎直,否則掃描的圖象就無法使用。三、調整畫布的對比度,明暗度,使有銅膜的部分和沒有銅膜的部分形成強烈對比,然后將圖轉為黑白,檢查線條是否清晰,如果不清晰,就要繼續(xù)調節(jié)。如果清晰,將圖存為黑白BMP格式兩個文件,如果發(fā)現(xiàn)圖形有問題,還需用PHOTOSHOP進行修正。四、將兩個BMP格式的文件分別轉為PROTEL格式文件,在PROTEL中調入兩層,如果兩層的PAD和VIA的位置基本重合,表明前幾個步驟做的很好,如果有偏差,則重復第三步,直到吻合為止,將TOP層的BMP轉化為TOP.PCB,注意要轉化到SILK層,就是黃色的那層,然后你在TOP層描線就是了,并且根據(jù)第二步的圖紙放置器件。畫完后將SILK層刪掉,不斷重復知道繪制好所有的層。五、在PROTEL中將TOP.PCB和BOT.PCB調入,合為一個圖就OK了。用激光打印機將TOP LAYER,BOTTOM LAYER分別打印到透明膠片上(1:1的比例),把膠片放到那塊PCB上,比較一下是否有誤,如果沒錯,就算成功。