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)潛在的問題點(diǎn)。幸運(yùn)的是這時(shí)可以通過阻抗匹配端接解決問題。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對應(yīng)1.2英寸,反射就不會(huì)產(chǎn)生問題。也就是說,對于本例情況,6mil寬走線的長度只要小于3cm就不會(huì)有問題。
河南廠家FPC軟板線路板打樣本身的基板是由隔熱、并不易彎曲的材質(zhì)所制作成。在表層能夠看到的很小線路材料是銅箔,FPC軟板加工廠原本銅箔是覆蓋在整個(gè)線路板板上的,并且在生產(chǎn)過程中部份被蝕刻掉,留下來的就變成網(wǎng)狀的細(xì)小線路了。這些線路被稱作導(dǎo)線或稱布線,用來提供線路板上零件的電路連接。通常PCB板的顏色都是棕色或是綠色,這是阻焊漆的顏色。是絕緣的防護(hù)層,可以保護(hù)銅線,也可以防止零件被焊到錯(cuò)誤的地方?,F(xiàn)在顯卡和主板上都是多層板,很大程度上可以增加布線的面積。多層板用上了更多單或雙面的布線板,并在每層板間放進(jìn)一層絕緣層后壓合。PCB板的層數(shù)就代表了有幾層獨(dú)立的布線層,通常層數(shù)都是偶數(shù),并且包含最外側(cè)的兩層,常見的PCB板一般是4~8層的結(jié)構(gòu)。很多PCB板的層數(shù)可以通過觀看PCB板的切面看出來。但實(shí)際上,沒有人能有這么好的眼力。所以,下面再教大家一種方法。多層板打樣的電路連接是通過埋孔和盲孔技術(shù),主板和顯示卡大多使用4層的PCB板,也有些是采用6、8層,甚至10層的PCB板。要想看出是PCB有多少層,通過觀察導(dǎo)孔就可以辯識(shí),因?yàn)樵谥靼搴惋@示卡上使用的4層板是第1、第4層走線,其他幾層另有用途(地線和電源)。所以,同雙層板一樣,導(dǎo)孔會(huì)打穿PCB板。如果有的導(dǎo)孔在PCB板正面出現(xiàn),卻在反面找不到,那么就一定是6/8層板了。如果PCB板的正反面都能找到相同的導(dǎo)孔,自然就是4層板了。把主板對著有光處,看到導(dǎo)孔的位置,如果能透光,這就是8/6層板,否就是四層板.
從IC芯片的發(fā)展及封裝形式來看,芯片體積越來越小、引腳數(shù)越來越多;同時(shí),由于近年來IC工藝的發(fā)展,使得其速度也越來越高。這就帶來了一個(gè)問題,即電子設(shè)計(jì)的體積減小導(dǎo)致電路的布局布線密度變大,而同時(shí)信號(hào)的頻率還在提高,從而使得如何處理高速信號(hào)問題成為一個(gè)設(shè)計(jì)能否成功的關(guān)鍵因素。隨著電子系統(tǒng)中邏輯復(fù)雜度和時(shí)鐘頻率的迅速提高,信號(hào)邊沿不斷變陡,印刷電路板的線跡互連和板層特性對系統(tǒng)電氣性能的影響也越發(fā)重要。對于低頻設(shè)計(jì),線跡互連和板層的影響可以不考慮,但當(dāng)頻率超過50 MHz時(shí),互連關(guān)系必須考慮,而在*定系統(tǒng)性能時(shí)還必須考慮印刷電路板板材的電參數(shù)。因此,高速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須面對互連延遲引起的時(shí)序問題以及串?dāng)_、傳輸線效應(yīng)等信號(hào)完整性(Signal Integrity,SI)問題。當(dāng)硬件工作頻率增高后,每一根布線網(wǎng)絡(luò)上的傳輸線都可能成為發(fā)射天線,對其他電子設(shè)備產(chǎn)生電磁輻射或與其他設(shè)備相互干擾,從而使硬件時(shí)序邏輯產(chǎn)生混亂。電磁兼容性(Electromagnetic Compatibility,EMC)的標(biāo)準(zhǔn)提出了解決硬件實(shí)際布線網(wǎng)絡(luò)可能產(chǎn)生的電磁輻射干擾以及本身抵抗外部電磁干擾的基本要求。1 高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)的幾個(gè)基本概念在高速數(shù)字電路中,由于串?dāng)_、反射、過沖、振蕩、地彈、偏移等信號(hào)完整性問題,本來在低速電路中無需考慮的因素在這里就顯得格外重要;另外,隨著現(xiàn)有電氣系統(tǒng)耦合結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜,電磁兼容性也變成了一個(gè)不能不考慮的問題。要解決高速電路設(shè)計(jì)的問題,首先需要真正明白高速信號(hào)的概念。高速不是就頻率的高低來說的,而是由信號(hào)的邊沿速度決定的,一般認(rèn)為上升時(shí)間小于4倍信號(hào)傳輸延遲時(shí)可視為高速信號(hào)。即使在工作頻率不高的系統(tǒng)中,也會(huì)出現(xiàn)信號(hào)完整性的問題。這是由于隨著集成電路工藝的提高,所用器件I/O端口的信號(hào)邊沿比以前更陡更快,因此在工作時(shí)鐘不高的情況下也屬于高速器件,隨之帶來了信號(hào)完整性的種種問題。
解決EMI問題的辦法很多,現(xiàn)代的EMI抑制方法包括:利用EMI抑制涂層、選用合適的EMI抑制零配件和EMI仿真設(shè)計(jì)等。本文從最基本的PCB布板出發(fā),討論P(yáng)CB分層堆疊在控制EMI輻射中的作用和設(shè)計(jì)技巧。電源匯流排在IC的電源引腳附近合理地安置適當(dāng)容量的電容,可使IC輸出電壓的跳變來得更快。然而,問題并非到此為止。由于電容呈有限頻率響應(yīng)的特性,這使得電容無法在全頻帶上生成干凈地驅(qū)動(dòng)IC輸出所需要的諧波功率。除此之外,電源匯流排上形成的瞬態(tài)電壓在去耦路徑的電感兩端會(huì)形成電壓降,這些瞬態(tài)電壓就是主要的共模EMI干擾源。我們應(yīng)該怎么解決這些問題?就我們電路板上的IC而言,IC周圍的電源層可以看成是優(yōu)良的高頻電容器,它可以收集為干凈輸出提供高頻能量的分立電容器所泄漏的那部份能量。此外,優(yōu)良的電源層的電感要小,從而電感所合成的瞬態(tài)信號(hào)也小,進(jìn)而降低共模EMI。當(dāng)然,電源層到IC電源引腳的連線必須盡可能短,因?yàn)閿?shù)位信號(hào)的上升沿越來越快,最好是直接連到IC電源引腳所在的焊盤上,這要另外討論。為了控制共模EMI,電源層要有助于去耦和具有足夠低的電感,這個(gè)電源層必須是一個(gè)設(shè)計(jì)相當(dāng)好的電源層的配對。有人可能會(huì)問,好到什么程度才算好?問題的答案取決于電源的分層、層間的材料以及工作頻率(即IC上升時(shí)間的函數(shù))。通常,電源分層的間距是6mil,夾層是FR4材料,則每平方英寸電源層的等效電容約為75pF。顯然,層間距越小電容越大。