上海電路板組裝測試隨著集成電路輸出開關(guān)速度提高以及PCB板密度增加，信號完整性已經(jīng)成為高速數(shù)字PCB設(shè)計(jì)必須關(guān)心的問題之一。專業(yè)電路板組裝測試元器件和PCB板的參數(shù)、元器件在PCB板上的布局、高速信號的布線等因素，都會引起信號完整性問題，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)過程中充分考慮到信號完整性的因素，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)界中的一個熱門課題?；谛盘柾暾杂?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)的信號完整性。1. 信號完整性問題概述信號完整性(SI)是指信號在電路中以正確的時序和電壓作出響應(yīng)的能力。如果電路中信號能夠以要求的時序、持續(xù)時間和電壓幅度到達(dá)IC，則該電路具有較好的信號完整性。反之，當(dāng)信號不能正常響應(yīng)時，就出現(xiàn)了信號完整性問題。從廣義上講，信號完整性問題主要表現(xiàn)為5個方面：延遲、反射、串?dāng)_、同步切換噪聲(SSN)和電磁兼容性(EMI)。延遲是指信號在PCB板的導(dǎo)線上以有限的速度傳輸，信號從發(fā)送端發(fā)出到達(dá)接收端，其間存在一個傳輸延遲。信號的延遲會對系統(tǒng)的時序產(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，信號到達(dá)接收端后有一部分能量將沿著傳輸線反射回去，使信號波形發(fā)生畸變，甚至出現(xiàn)信號的過沖和下沖。信號如果在傳輸線上來回反射，就會產(chǎn)生振鈴和環(huán)繞振蕩。

(一) 細(xì)節(jié)決定成敗PCB設(shè)計(jì)是一個細(xì)致的工作，需要的就是細(xì)心和耐心。剛開始做設(shè)計(jì)的新手經(jīng)常犯的錯誤就是一些細(xì)節(jié)錯誤。器件管腳弄錯了，器件封裝用錯了，管腳順序畫反了等等，有些可以通過飛線來解決，有些可能就讓一塊板子直接變成了廢品。畫封裝的時候多檢查一遍，投板之前把封裝打印出來和實(shí)際器件比一下，多看一眼，多檢查一遍不是強(qiáng)迫癥，只是讓這些容易犯的低級錯誤盡量避免。否則設(shè)計(jì)的再好看的板子，上面布滿飛線，也就遠(yuǎn)談不上優(yōu)秀了。(二) 學(xué)會設(shè)置規(guī)則其實(shí)現(xiàn)在不光高級的PCB設(shè)計(jì)軟件需要設(shè)置布線規(guī)則，一些簡單易用的PCB工具同樣可以進(jìn)行規(guī)則設(shè)置。人腦畢竟不是機(jī)器，那就難免會有疏忽有失誤。所以把一些容易忽略的問題設(shè)置到規(guī)則里面，讓電腦幫助我們檢查，盡量避免犯一些低級錯誤。另外，完善的規(guī)則設(shè)置能更好的規(guī)范后面的工作。所謂磨刀不誤砍柴工，板子的規(guī)模越復(fù)雜規(guī)則設(shè)置的重要性越突出?，F(xiàn)在很多EDA工具都有自動布線功能，如果規(guī)則設(shè)置足夠詳細(xì)，讓工具自己幫你去設(shè)計(jì)，你在一旁喝杯咖啡，不是更愜意的事情嗎?(三) 為別人考慮的越多，自己的工作越少在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)的時候，盡量多考慮一些最終使用者的需求。比如，如果設(shè)計(jì)的是一塊開發(fā)板，那么在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)的時候就要考慮放置更多的絲印信息，這樣在使用的時候會更方便，不用來回的查找原理圖或者找設(shè)計(jì)人員支持了。如果設(shè)計(jì)的是一個量產(chǎn)產(chǎn)品，那么就要更多的考慮到生產(chǎn)線上會遇到的問題，同類型的器件盡量方向一致，器件間距是否合適，板子的工藝邊寬度等等。這些問題考慮的越早，越不會影響后面的設(shè)計(jì)，也可以減少后面支持的工作量和改板的次數(shù)?？瓷先ラ_始設(shè)計(jì)上用的時間增加了，實(shí)際上是減少了自己后續(xù)的工作量。在板子空間信號允許的情況下，盡量放置更多的測試點(diǎn)，提高板子的可測性，這樣在后續(xù)調(diào)試階段同樣能節(jié)省更多的時間，給發(fā)現(xiàn)問題提供更多的思路。(四) 畫好原理圖很多工程師都覺得layout工作更重要一些，原理圖就是為了生成網(wǎng)表方便PCB做檢查用的。其實(shí)，在后續(xù)電路調(diào)試過程中原理圖的作用會更大一些。無論是查找問題還是和同事交流，還是原理圖更直觀更方便。另外養(yǎng)成在原理圖中做標(biāo)注的習(xí)慣，把各部分電路在layout的時候要注意到的問題標(biāo)注在原理圖上，對自己或者對別人都是一個很好的提醒。層次化原理圖，把不同功能不同模塊的電路分成不同的頁，這樣無論是讀圖還是以后重復(fù)使用都能明顯的減少工作量。使用成熟的設(shè)計(jì)總是要比設(shè)計(jì)新電路的風(fēng)險小。每次看到把所有電路都放在一張圖紙上，一片密密麻麻的器件，腦袋就能大一圈。

高速數(shù)字PCB板的等線長是為了使各信號的延遲差保持在一個范圍內(nèi),保證系統(tǒng)在同一周期內(nèi)讀取的數(shù)據(jù)的有效性(延遲差超過一個時鐘周期時會錯讀下一周期的數(shù)據(jù)),一般要求延遲差不超過1/4時鐘周期,單位長度的線延遲差也是固定的,延遲跟線寬,線長,銅厚,板層結(jié)構(gòu)有關(guān),但線過長會增大分布電容和分布電感,使信號質(zhì)量,所以時鐘IC引腳一般都接RC端接,但蛇形走線并非起電感的作用,相反的,電感會使信號中的上升元中的高次諧波相移,造成信號質(zhì)量惡化,所以要求蛇形線間距最少是線寬的兩倍,信號的上升時間越小就越易受分布電容和分布電感的影響.因?yàn)閼?yīng)用場合不同具不同的作用,如果蛇形走線在電腦板中出現(xiàn)，其主要起到一個濾波電感的作用，提高電路的抗干擾能力，電腦主機(jī)板中的蛇形走線，主要用在一些時鐘信號中，如CIClk,AGPClk，它的作用有兩點(diǎn)：1、阻抗匹配 2、濾波電感。對一些重要信號，如INTEL HUB架構(gòu)中的HUBLink,一共13根，跑233MHz，要求必須嚴(yán)格等長，以消除時滯造成的隱患，繞線是解決辦法。一般來講，蛇形走線的線距>=2倍的線寬。PCI板上的蛇行線就是為了適應(yīng)PCI 33MHzClock的線長要求。若在一般普通PCB板中，是一個分布參數(shù)的 LC濾波器，還可作為收音機(jī)天線的電感線圈，短而窄的蛇形走線可做保險絲等等.

一、快速確定PCB外形設(shè)計(jì)PCB先要確定電路板的外形，通常就是在禁止布線層畫出電氣的布線范圍。除非有特殊要求，一般電路板的形狀都為矩形，長寬比一般為3：2或者4：3較為理想。在畫之前可以任意畫出兩條橫線和兩條豎線，然后利用“放置工具條”里的“設(shè)置原點(diǎn)”工具將某一條線段的端點(diǎn)設(shè)為原點(diǎn)即坐標(biāo)為(0，0)，之后雙擊每一條線段，對其起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)值進(jìn)行相應(yīng)的更改，使4條線段首尾相接，形成一個封閉的矩形框，電路板的外型確定也就完成了。如果在畫圖的過程中需要調(diào)整電路板的大小，只要修改每條線段的相應(yīng)坐標(biāo)值即可。從成本、敷銅線長度、抗噪聲能力考慮，電路板尺寸越小越好，但是板尺寸太小，則散熱不良，且相鄰的導(dǎo)線容易引起干擾。不過，當(dāng)電路板的尺寸大于200mm×150mm時，應(yīng)該考慮電路板的機(jī)械強(qiáng)度，適當(dāng)加裝固定孔，以便起到支撐的作用。二、元件布局開始布局之前首先要通過網(wǎng)絡(luò)表載入元器件，這個過程中經(jīng)常會遇到網(wǎng)絡(luò)表無法完全載入的錯誤，主要可歸為兩類：一類是找不到元件，解決方法是確認(rèn)原理圖中已定義元件的封裝形式，并確認(rèn)已添加相應(yīng)的PCB元件庫，若仍找不到元件就要自己造一個元件封裝了;另一類是丟失引腳，最常見的就是二極管、三極管的引腳丟失，這是由于原理圖中的引腳一般是字母A、K、E、B、C，而PCB元件的引腳則是數(shù)字1、2、3，解決方法就是更改原理圖的定義，或者更改PCB元件的定義使其一致即可。有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者一般都會根據(jù)實(shí)際元件的封裝外形建立一個自己的PCB元件庫，使用方便而且不易出錯。進(jìn)行布局時，必須要遵循一些基本規(guī)則：(1)特殊元件特殊考慮高頻元件之間要盡量靠近，連線越短越好;具有高電位差的元件之間距離盡量加大;重量大的元器件應(yīng)該有支架固定;發(fā)熱的元件應(yīng)遠(yuǎn)離熱敏元件并加裝相應(yīng)的散熱片或置于板外;電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容、微動開關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)該考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求，以方便調(diào)節(jié)為準(zhǔn)?？傊?，一些特殊的元器件在布局時要從元件本身的特性、機(jī)箱的結(jié)構(gòu)、維修調(diào)試的方便性等多方面綜合考慮，以保證做出一塊穩(wěn)定、好用的PCB板。

隨著PCB設(shè)計(jì)復(fù)雜度的逐步提高，對于信號完整性的分析除了反射，串?dāng)_以及EMI之外，穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng)也成為設(shè)計(jì)者們重點(diǎn)研究的方向之一。尤其當(dāng)開關(guān)器件數(shù)目不斷增加，核心電壓不斷減小的時候，電源的波動往往會給系統(tǒng)帶來致命的影響，于是人們提出了新的名詞：電源完整性，簡稱PI(powerintegrity)。當(dāng)今國際市場上，IC設(shè)計(jì)比較發(fā)達(dá)，但電源完整性設(shè)計(jì)還是一個薄弱的環(huán)節(jié)。因此本文提出了PCB板中電源完整性問題的產(chǎn)生，分析了影響電源完整性的因素并提出了解決PCB板中電源完整性問題的優(yōu)化方法與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)的理論分析與實(shí)際工程應(yīng)用價值。二、電源噪聲的起因及分析對于電源噪聲的起因我們通過一個與非門電路圖進(jìn)行分析。圖1中的電路圖為一個三輸入與非門的結(jié)構(gòu)圖，因?yàn)榕c非門屬于數(shù)字器件，它是通過“1”和“0”電平的切換來工作的。隨著IC技術(shù)的不斷提高，數(shù)字器件的切換速度也越來越快，這就引進(jìn)了更多的高頻分量，同時回路中的電感在高頻下就很容易引起電源波動。如在圖1中，當(dāng)與非門輸入全為高電平時，電路中的三極管導(dǎo)通，電路瞬間短路，電源向電容充電，同時流入地線。此時由于電源線和地線上存在寄生電感，我們由公式V=LdI/dt可知，這將在電源線和地線上產(chǎn)生電壓波動，如圖2中所示的電平上升沿所引入的ΔI噪聲。當(dāng)與非門輸入為低電平時，此時電容放電，將在地線上產(chǎn)生較大的ΔI噪聲;而電源此時只有電路的瞬間短路所引起的電流突變，由于不存在向電容充電而使電流突變相對于上升沿來說要小。從對與非門的電路進(jìn)行分析我們知道，造成電源不穩(wěn)定的根源主要在于兩個方面：一是器件高速開關(guān)狀態(tài)下，瞬態(tài)的交變電流過大;

1. 從原理圖到PCB的設(shè)計(jì)流程建立元件參數(shù)——>輸入原理網(wǎng)表->設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置->手工布局->手工布線->驗(yàn)證設(shè)計(jì)——>復(fù)查->CAM輸出。2. 參數(shù)設(shè)置相鄰導(dǎo)線間距必須能滿足電氣安全要求，而且為了便于操作和生產(chǎn)，間距也應(yīng)盡量寬些。最小間距至少要能適合承受的電壓，在布線密度較低時，信號線的間距可適當(dāng)?shù)丶哟?，對高、低電平懸殊的信號線應(yīng)盡可能地短且加大間距，一般情況下將走線間距設(shè)為8mil。焊盤內(nèi)孔邊緣到印制板邊的距離要大于1mm，這樣可以避免加工時導(dǎo)致焊盤缺損。當(dāng)與焊盤連接的走線較細(xì)時，要將焊盤與走線之間的連接設(shè)計(jì)成水滴狀，這樣的好處是焊盤不容易起皮，而是走線與焊盤不易斷開。3. 元器件布局實(shí)踐證明，即使電路原理圖設(shè)計(jì)正確，印制電路板設(shè)計(jì)不當(dāng)，也會對電子設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不利影響。例如，如果印制板兩條細(xì)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;由于電源、地線的考慮不周到而引起的干擾，會使產(chǎn)品的性能下降，因此，在設(shè)計(jì)印制電路板的時候，應(yīng)注意采用正確的方法。每一個開關(guān)電源都有四個電流回路：◆ 電源開關(guān)交流回路◆ 輸出整流交流回路◆ 輸入信號源電流回路◆ 輸出負(fù)載電流回路輸入回路通過一個近似直流的電流對輸入電容充電，濾波電容主要起到一個寬帶儲能作用;類似地，輸出濾波電容也用來儲存來自輸出整流器的高頻能量，同時消除輸出負(fù)載回路的直流能量。所以，輸入和輸出濾波電容的接線端十分重要，輸入及輸出電流回路應(yīng)分別只從濾波電容的接線端連接到電源;如果在輸入/輸出回路和電源開關(guān)/整流回路之間的連接無法與電容的接線端直接相連，交流能量將由輸入或輸出濾波電容并輻射到環(huán)境中去。電源開關(guān)交流回路和整流器的交流回路包含高幅梯形電流，這些電流中諧波成分很高，其頻率遠(yuǎn)大于開關(guān)基頻，峰值幅度可高達(dá)持續(xù)輸入/輸出直流電流幅度的5倍，過渡時間通常約為50ns。這兩個回路最容易產(chǎn)生電磁干擾，因此必須在電源中其它印制線布線之前先布好這些交流回路，每個回路的三種主要的元件濾波電容、電源開關(guān)或整流器、電感或變壓器應(yīng)彼此相鄰地進(jìn)行放置，調(diào)整元件位置使它們之間的電流路徑盡可能短。