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,要達到突變處信號反射噪聲不超過電壓擺幅的5%這一噪聲預算要求,阻抗變化必須小于10%。這有時很難做到,以 FR4板材上微帶線的情況為例,我們計算一下。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,阻抗變化率達到了20%。反射信號的幅度必然超標。至于對信號造成多大影響,還和信號上升時間和驅動端到反射點處信號的時延有關。但至少這是一個潛在的問題點。幸運的是這時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寬線條的兩個端點處都會發(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)生負反射。如果兩次反射間隔時間足夠短,兩次反射就有可能相互抵消,從而減小影響。假設傳輸信號為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6mil線長度極短,兩次反射幾乎同時發(fā)生,那么總的反射電壓只有0.04V,小于5%這一噪聲預算要求。因此,這種反射是否影響信號,有多大影響,和阻抗變化處的時延以及信號上升時間有關。研究及實驗表明,只要阻抗變化處的時延小于信號上升時間的20%,反射信號就不會造成問題。如果信號上升時間為1ns,那么阻抗變化處的時延小于0.2ns對應1.2英寸,反射就不會產生問題。也就是說,對于本例情況,6mil寬走線的長度只要小于3cm就不會有問題。
在基于信號完整性計算機分析的PCB設計方法中,最為核心的部分就是PCB板級信號完整性模型的建立,這是與傳統(tǒng)的設計方法的區(qū)別之處。SI模型的正確性將決定設計的正確性,而SI模型的可建立性則決定了這種設計方法的可行性。目前構成器件模型的方法有兩種:一種是從元器件的電學工作特性出發(fā),把元器件看成‘黑盒子’,測量其端口的電氣特性,提取器件模型,而不涉及器件的工作原理,稱為行為級模型。這種模型的代表是IBIS模型和S參數。其優(yōu)點是建模和使用簡單方便,節(jié)約資源,適用范圍廣泛,特別是在高頻、非線性、大功率的情況下行為級模型是一個選擇。缺點是精度較差,一致性不能保證,受測試技術和精度的影響。另一種是以元器件的工作原理為基礎,從元器件的數學方程式出發(fā),得到的器件模型及模型參數與器件的物理工作原理有密切的關系。SPICE 模型是這種模型中應用最廣泛的一種。其優(yōu)點是精度較高,特別是隨著建模手段的發(fā)展和半導體工藝的進步和規(guī)范,人們已可以在多種級別上提供這種模型,滿足不同的精度需要。缺點是模型復雜,計算時間長。一般驅動器和接收器的模型由器件廠商提供,傳輸線的模型通常從場分析器中提取,封裝和連接器的模型即可以由場分析器提取,又可以由制造廠商提供。在電子設計中已經有多種可以用于PCB板級信號完整性分析的模型,其中最為常用的有三種,分別是SPICE、IBIS和Verilog-AMS、VHDL-AMS。
(一) 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表方便PCB做檢查用的。其實,在后續(xù)電路調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)成在原理圖中做標注的習慣,把各部分電路在layout的時候要注意到的問題標注在原理圖上,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使用都能明顯的減少工作量。使用成熟的設計總是要比設計新電路的風險小。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。(二) 好好進行電路布局心急的工程師畫完原理圖,把網表導入PCB后就迫不及待的把器件放好,開始拉線。其實一個好的PCB布局能讓你后面的拉線工作變得簡單,讓你的PCB工作的更好。每一塊板子都會有一個信號路徑,PCB布局也應該盡量遵循這個信號路徑,讓信號在板子上可以順暢的傳輸,人們都不喜歡走迷宮,信號也一樣。如果原理圖是按照模塊設計的,PCB也一樣可以。按照不同的功能模塊可以把板子劃分為若干區(qū)域。模擬數字分開,電源信號分開,發(fā)熱器件和易感器件分開,體積較大的器件不要太靠近板邊,注意射頻信號的屏蔽等等……多花一分的時間去優(yōu)化PCB的布局,就能在拉線的時候節(jié)省更多的時間。
重慶開發(fā)SMT插件這里主要是說了從PCB設計封裝來解析選擇元件的技巧。元件的封裝包含很多信息,包含元件的尺寸開發(fā)SMT插件,特別是引腳的相對位置關系,還有元件的焊盤類型。當然我們根據元件封裝選擇元件時還有一個要注意的地方是要考慮元件的外形尺寸。引腳位置關系:主要是指我們需要將實際的元件的引腳和PCB元件的封裝的尺寸對應起來。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。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。對于我們一般設計來說,我們選擇表貼元件,不僅方便手工焊接,而且有利于查錯和調試過程中更好的連接焊盤和信號。其次我們還應該注意焊盤的位置。因為不同的位置,就代表元件實際當中不同的位置。我們如果不合理安排焊盤的位置,很有可能就會出現一個區(qū)域元件過密,而另外一個區(qū)域元件很稀疏的情況,當然情況更糟糕的是由于焊盤位置過近,導致元件之間空隙過小而無法焊接,下面就是我失敗的一個例子,我在一個光耦開關旁邊開了通孔,但是由于它們的位置過近,導致光耦開關焊接上去以后,通孔無法再放置螺絲了。
1.系統(tǒng)布局是否保證布線的合理或者最優(yōu),是否能保證布線的可靠進行,是否能保證電路工作的可靠性。在布局的時候需要對信號的走向以及電源和地線網絡有整體的了解和規(guī)劃。2.印制板尺寸是否與加工圖紙尺寸相符,能否符合PCB制造工藝要求、有無行為標記。這一點需要特別注意,不少PCB板的電路布局和布線都設計得很漂亮、合理,但是疏忽了定位接插件的精確定位,導致設計的電路無法和其他電路對接。3.元件在二維、三維空間上有無沖突。注意器件的實際尺寸,特別是器件的高度。在焊接免布局的元器件,高度一般不能超過3mm。4.元件布局是否疏密有序、排列整齊,是否全部布完。在元器件布局的時候,不僅要考慮信號的走向和信號的類型、需要注意或者保護的地方,同時也要考慮器件布局的整體密度,做到疏密均勻。5.需經常更換的元件能否方便地更換,插件板插入設備是否方便。應保證經常更換的元器件的更換和接插的方便和可靠。6.調整可調元件是否方便。7.熱敏元件與發(fā)熱元件之間是否有適當的距離。8.在需要散熱的地方是否裝有散熱器或者風扇,空氣流是否通暢。應注意元器件和電路板的散熱。9.信號走向是否順暢且互連最短。10.插頭、插座等與機械設計是否矛盾。11.線路的干擾問題是否有所考慮。12.電路板的機械強度和性能是否有所考慮。13.電路板布局的藝術性及其美觀性。
PCB布局規(guī)則1、在通常情況下,所有的元件均應布置在電路板的同一面上,只有頂層元件過密時,才能將一些高度有限并且發(fā)熱量小的器件,如貼片電阻、貼片電容、貼片IC等放在底層。2、在保證電氣性能的前提下,元件應放置在柵格上且相互平行或垂直排列,以求整齊、美觀,在一般情況下不允許元件重疊;元件排列要緊湊,元件在整個版面上應分布均勻、疏密一致。3、電路板上不同組件相臨焊盤圖形之間的最小間距應在1MM以上。4、離電路板邊緣一般不小于2MM.電路板的最佳形狀為矩形,長寬比為3:2或4:3.電路板面尺大于200MM乘150MM時,應考慮電路板所能承受的機械強度。PCB設計設置技巧PCB設計在不同階段需要進行不同的各點設置,在布局階段可以采用大格點進行器件布局;對于IC、非定位接插件等大器件,可以選用50~100mil的格點精度進行布局,而對于電阻電容和電感等無源小器件,可采用25mil的格點進行布局。大格點的精度有利于器件的對齊和布局的美觀。PCB設計布局技巧在PCB的布局設計中要分析電路板的單元,依據起功能進行布局設計,對電路的全部元器件進行布局時,要符合以下原則:1、按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置,使布局便于信號流通,并使信號盡可能保持一致的方向。2、以每個功能單元的核心元器件為中心,圍繞他來進行布局。元器件應均勻、整體、緊湊的排列在PCB上,盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。3、在高頻下工作的電路,要考慮元器件之間的分布參數。一般電路應盡可能使元器件并行排列,這樣不但美觀,而且裝旱容易,易于批量生產。