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。
【第Y招】多層板布線高頻電路往往集成度較高,布線密度大,采用多層板既是布線所必須,也是降低干擾的有效手段。在PCB Layout階段,合理的選擇一定層數(shù)的印制板尺寸,能充分利用中間層來(lái)設(shè)置屏蔽,更好地實(shí)現(xiàn)就近接地,并有效地降低寄生電感和縮短信號(hào)的傳輸長(zhǎng)度,同時(shí)還能大幅度地降低信號(hào)的交叉干擾等,所有這些方法都對(duì)高頻電路的可靠性有利。有資料顯示,同種材料時(shí),四層板要比雙面板的噪聲低20dB。但是,同時(shí)也存在一個(gè)問(wèn)題,PCB半層數(shù)越高,制造工藝越復(fù)雜,單位成本也就越高,這就要求我們?cè)谶M(jìn)行PCB Layout時(shí),除了選擇合適的層數(shù)的PCB板,還需要進(jìn)行合理的元器件布局規(guī)劃,并采用正確的布線規(guī)則來(lái)完成設(shè)計(jì)?! 镜诙小扛咚匐娮悠骷苣_間的引線彎折越少越好 高頻電路布線的引線最好采用全直線,需要轉(zhuǎn)折,可用45度折線或者圓弧轉(zhuǎn)折,這種要求在低頻電路中僅僅用于提高銅箔的固著強(qiáng)度,而在高頻電路中,滿足這一要求卻可以減少高頻信號(hào)對(duì)外的發(fā)射和相互間的耦合?! 镜谌小扛哳l電路器件管腳間的引線越短越好 信號(hào)的輻射強(qiáng)度是和信號(hào)線的走線長(zhǎng)度成正比的,高頻的信號(hào)引線越長(zhǎng),它就越容易耦合到靠近它的元器件上去,所以對(duì)于諸如信號(hào)的時(shí)鐘、晶振、DDR的數(shù)據(jù)、LVDS線、USB線、HDMI線等高頻信號(hào)線都是要求盡可能的走線越短越好?! 镜谒恼小扛哳l電路器件管腳間的引線層間交替越少越好 所謂“引線的層間交替越少越好”是指元件連接過(guò)程中所用的過(guò)孔(Via)越少越好。據(jù)側(cè),一個(gè)過(guò)孔可帶來(lái)約0.5pF的分布電容,減少過(guò)孔數(shù)能顯著提高速度和減少數(shù)據(jù)出錯(cuò)的可能性。
覆銅,就是將PCB上閑置的空間作為基準(zhǔn)面,然后用固體銅填充,這些銅區(qū)又稱為灌銅。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(zhǔn)參考來(lái)獨(dú)立覆銅,數(shù)字地和模擬地分開(kāi)來(lái)敷銅自不多言。同時(shí)在覆銅之前,首先加粗相應(yīng)的電源連線:V5.0V、V3.6V、V3.3V(SD卡供電),等等。這樣一來(lái),就形成了多個(gè)不同形狀的多變形結(jié)構(gòu)。覆銅需要處理好幾個(gè)問(wèn)題:一是不同地的單點(diǎn)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(wèn)題,如果覺(jué)得很大,那就定義個(gè)地過(guò)孔添加進(jìn)去也費(fèi)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(guò)波峰焊時(shí),板子就可能會(huì)翹起來(lái),甚至?xí)鹋荨倪@點(diǎn)來(lái)說(shuō),網(wǎng)格的散熱性要好些。通常是高頻電路對(duì)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(bǔ)充下:在數(shù)字電路中,特別是帶MCU的電路中,兆級(jí)以上工作頻率的電路,敷銅的作用就是為了降低整個(gè)地平面的阻抗。更具體的處理方法我一般是這樣來(lái)操作的:各個(gè)核心模塊(也都是數(shù)字電路)在允許的情況下也會(huì)分區(qū)敷銅,然后再用線把各個(gè)敷銅連接起來(lái),這樣做的目的也是為了減小各級(jí)電路之間的影響。對(duì)于數(shù)字電路模擬電路 混合的電路,地線的獨(dú)立走線,以及到最后到電源濾波電容處的匯總就不多說(shuō)了,大家都清楚。不過(guò)有一點(diǎn):模擬電路里的地線分布,很多時(shí)候不能簡(jiǎn)單敷成一片銅皮就了事,因?yàn)槟M電路里很注重前后級(jí)的互相影響,而且模擬地也要求單點(diǎn)接地,所以能不能把模擬地敷成銅皮還得根據(jù)實(shí)際情況處理。(這就要求對(duì)所用到的模擬IC的一些特殊性能還是要了解的)
河南廠家電路板組裝測(cè)試一、沉金板與鍍金板的區(qū)別二、為什么要用鍍金板隨著IC 的集成度越來(lái)越高,IC腳也越多越密。廠家電路板組裝測(cè)試而垂直噴錫工藝很難將成細(xì)的焊盤(pán)吹平整,這就給SMT的貼裝帶來(lái)了難度;另外噴錫板的待用壽命(shelf life)很短。而鍍金板正好解決了這些問(wèn)題: 1對(duì)于表面貼裝工藝,尤其對(duì)于0603及0402 超小型表貼,因?yàn)楹副P(pán)平整度直接關(guān)系到錫膏印制工序的質(zhì)量,對(duì)后面的再流焊接質(zhì)量起到?jīng)Q定性影響,所以,整板鍍金在高密度和超小型表貼工藝中時(shí)常見(jiàn)到。2在試制階段,受元件采購(gòu)等因素的影響往往不是板子來(lái)了馬上就焊,而是經(jīng)常要等上幾個(gè)星期甚至個(gè)把月才用,鍍金板的待用壽命(shelf life)比鉛錫合金長(zhǎng)很多倍所以大家都樂(lè)意采用。再說(shuō)鍍金PCB在度樣階段的成本與鉛錫合金板相比相差無(wú)幾。但隨著布線越來(lái)越密,線寬、間距已經(jīng)到了3-4MIL。因此帶來(lái)了金絲短路的問(wèn)題:隨著信號(hào)的頻率越來(lái)越高,因趨膚效應(yīng)造成信號(hào)在多鍍層中傳輸?shù)那闆r對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響越明顯:趨膚效應(yīng)是指:高頻的交流電,電流將趨向集中在導(dǎo)線的表面流動(dòng)。根據(jù)計(jì)算,趨膚深度與頻率有關(guān):鍍金板的其它缺點(diǎn)在沉金板與鍍金板的區(qū)別表中已列出。