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(hào)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。元器件和PCB板的參數(shù)、元器件在PCB板上的布局、高速信號(hào)的布線等因素，都會(huì)引起信號(hào)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(hào)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(gè)熱門課題?；谛盘?hào)完整性計(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(hào)完整性。1. 信號(hào)完整性問題概述信號(hào)完整性(SI)是指信號(hào)在電路中以正確的時(shí)序和電壓作出響應(yīng)的能力。如果電路中信號(hào)能夠以要求的時(shí)序、持續(xù)時(shí)間和電壓幅度到達(dá)IC，則該電路具有較好的信號(hào)完整性。反之，當(dāng)信號(hào)不能正常響應(yīng)時(shí)，就出現(xiàn)了信號(hào)完整性問題。從廣義上講，信號(hào)完整性問題主要表現(xiàn)為5個(gè)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(hào)在PCB板的導(dǎo)線上以有限的速度傳輸，信號(hào)從發(fā)送端發(fā)出到達(dá)接收端，其間存在一個(gè)傳輸延遲。信號(hào)的延遲會(huì)對(duì)系統(tǒng)的時(shí)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(zhǎng)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(shí)，信號(hào)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(hào)波形發(fā)生畸變，甚至出現(xiàn)信號(hào)的過沖和下沖。信號(hào)如果在傳輸線上來回反射，就會(huì)產(chǎn)生振鈴和環(huán)繞振蕩。

pcn設(shè)計(jì)問題集第Y部分從pcb如何選材到運(yùn)用等一系列問題進(jìn)行總結(jié)。1、如何選擇PCB板材?選擇PCB板材必須在滿足設(shè)計(jì)需求和可量產(chǎn)性及成本中間取得平衡點(diǎn)。設(shè)計(jì)需求包含電氣和機(jī)構(gòu)這兩部分。通常在設(shè)計(jì)非常高速的PCB板子(大于GHz的頻率)時(shí)這材質(zhì)問題會(huì)比較重要。例如，現(xiàn)在常用的FR-4材質(zhì)，在幾個(gè)GHz的頻率時(shí)的介質(zhì)損耗(dielectric loss)會(huì)對(duì)信號(hào)衰減有很大的影響，可能就不合用。就電氣而言，要注意介電常數(shù)(dielectric constant)和介質(zhì)損在所設(shè)計(jì)的頻率是否合用。2、如何避免高頻干擾?避免高頻干擾的基本思路是盡量降低高頻信號(hào)電磁場(chǎng)的干擾，也就是所謂的串?dāng)_(Crosstalk)。可用拉大高速信號(hào)和模擬信號(hào)之間的距離，或加ground guard/shunt traces在模擬信號(hào)旁邊。還要注意數(shù)字地對(duì)模擬地的噪聲干擾。3、在高速設(shè)計(jì)中，如何解決信號(hào)的完整性問題?信號(hào)完整性基本上是阻抗匹配的問題。而影響阻抗匹配的因素有信號(hào)源的架構(gòu)和輸出阻抗(output impedance)，走線的特性阻抗，負(fù)載端的特性，走線的拓樸(topology)架構(gòu)等。解決的方式是靠端接(termination)與調(diào)整走線的拓樸。

1、PTH造成的孔壁鍍層空洞PTH造成的孔壁鍍層空洞主要是點(diǎn)狀的或環(huán)狀的空洞，具體產(chǎn)生的原因如下：(1)沉銅缸銅含量、氫氧化鈉與甲醛的濃度銅缸的溶液濃度是首先要考慮的。一般來說，銅含量、氫氧化鈉與甲醛的濃度是成比例的，當(dāng)其中的任何一種含量低于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的10%時(shí)都會(huì)破壞化學(xué)反應(yīng)的平衡，造成化學(xué)銅沉積不良，出現(xiàn)點(diǎn)狀的空洞。所以優(yōu)先考慮調(diào)整銅缸的各藥水參數(shù)。(2)槽液的溫度槽液的溫度對(duì)溶液的活性也存在著重要的影響。在各溶液中一般都會(huì)有溫度的要求，其中有些是要嚴(yán)格控制的。所以對(duì)槽液的溫度也要隨時(shí)關(guān)注。(3)活化液的控制二價(jià)錫離子偏低會(huì)造成膠體鈀的分解，影響鈀的吸附，但只要對(duì)活化液定時(shí)的進(jìn)行添加補(bǔ)充，不會(huì)造成大的問題?；罨嚎刂频闹攸c(diǎn)是不能用空氣攪拌，空氣中的氧會(huì)氧化二價(jià)錫離子，同時(shí)也不能有水進(jìn)入，會(huì)造成SnCl2的水解。(4)清洗的溫度清洗的溫度常常被人忽視，清洗的最佳溫度是在20℃以上，若低于15℃就會(huì)影響清洗的效果。在冬季的時(shí)候，水溫會(huì)變的很低，尤其是在北方。由于水洗的溫度低，板子在清洗后的溫度也會(huì)變的很低，在進(jìn)入銅缸后板子的溫度不能立刻升上來，會(huì)因?yàn)殄e(cuò)過了銅沉積的黃金時(shí)間而影響沉積的效果。所以在環(huán)境溫度較低的地方，也要注意清洗水的溫度。(5)整孔劑的使用溫度、濃度與時(shí)間藥液的溫度有著較嚴(yán)格的要求，過高的溫度會(huì)造成整孔劑的分解，使整孔劑的濃度變低，影響整孔的效果，其明顯的特征是在孔內(nèi)的玻璃纖維布處出現(xiàn)點(diǎn)狀空洞。只有藥液的溫度、濃度與時(shí)間妥善的配合，才能得到良好的整孔效果，同時(shí)又能節(jié)約成本。藥液中不斷累積的銅離子濃度，也必須嚴(yán)格控制。(6)還原劑的使用溫度、濃度與時(shí)間還原的作用是去除去鉆污后殘留的錳酸鉀和高錳酸鉀，藥液相關(guān)參數(shù)的失控都會(huì)影響其作用，其明顯的特征是在孔內(nèi)的樹脂處出現(xiàn)點(diǎn)狀空洞。(7)震蕩器和搖擺

這里主要是說了從PCB設(shè)計(jì)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，特別是引腳的相對(duì)位置關(guān)系，還有元件的焊盤類型。當(dāng)然我們根據(jù)元件封裝選擇元件時(shí)還有一個(gè)要注意的地方是要考慮元件的外形尺寸。引腳位置關(guān)系：主要是指我們需要將實(shí)際的元件的引腳和PCB元件的封裝的尺寸對(duì)應(yīng)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(gè)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(shù)。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(duì)于我們一般設(shè)計(jì)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(cuò)和調(diào)試過程中更好的連接焊盤和信號(hào)。其次我們還應(yīng)該注意焊盤的位置。因?yàn)椴煌奈恢茫痛碓?shí)際當(dāng)中不同的位置。我們?nèi)绻缓侠戆才藕副P的位置，很有可能就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)區(qū)域元件過密，而另外一個(gè)區(qū)域元件很稀疏的情況，當(dāng)然情況更糟糕的是由于焊盤位置過近，導(dǎo)致元件之間空隙過小而無法焊接，下面就是我失敗的一個(gè)例子，我在一個(gè)光耦開關(guān)旁邊開了通孔，但是由于它們的位置過近，導(dǎo)致光耦開關(guān)焊接上去以后，通孔無法再放置螺絲了。另外一種情況就是我們要考慮焊盤如何焊接。在實(shí)際過程中我們常按一個(gè)特定的方向排列焊盤，焊接起來比較方便。元件的外形尺寸：在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，一些元件(如有極性電容)可能有高度凈空限制，所以我們需要在元件選擇過程中加以考慮。我們?cè)谧畛蹰_始設(shè)計(jì)時(shí)，可以先畫一個(gè)基本的電路板外框形狀，然后放置上一些計(jì)劃要使用的大型或位置關(guān)鍵元件(如連接器)。這樣，就能直觀快速地看到(沒有布線的)電路板虛擬透視圖，并給出相對(duì)精確的電路板和元器件的相對(duì)定位和元件高度。這將有助于確保PCB經(jīng)過裝配后元件能合適地放進(jìn)外包裝(塑料制品、機(jī)箱、機(jī)框等)內(nèi)。當(dāng)然我們還可以從工具菜單中調(diào)用三維預(yù)覽模式瀏覽整塊電路板。對(duì)于元件的選擇，除了要依據(jù)設(shè)計(jì)要求外，還要選擇正規(guī)廠家所生產(chǎn)的產(chǎn)品，這樣才能保證實(shí)現(xiàn)你的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

一個(gè)布局是否合理沒有判斷標(biāo)準(zhǔn)，可以采用一些相對(duì)簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)來判斷布局的優(yōu)劣。最常用的標(biāo)準(zhǔn)就是使飛線總長(zhǎng)度盡可能短。一般來說，飛線總長(zhǎng)度越短，意味著布線總長(zhǎng)度也是越短(注意：這只是相對(duì)于大多數(shù)情況是正確的，并不是完全正確);走線越短，走線所占據(jù)的印制板面積也就越小，布通率越高。在走線盡可能短的同時(shí)，還必須考慮布線密度的問題。如何布局才能使飛線總長(zhǎng)度最短并且保證布局密度不至于過高而不能實(shí)現(xiàn)是個(gè)很復(fù)雜的問題。因?yàn)?，調(diào)整布局就是調(diào)整封裝的放置位置，一個(gè)封裝的焊盤往往和幾個(gè)甚至幾十個(gè)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)相關(guān)聯(lián)，減小一個(gè)網(wǎng)絡(luò)飛線長(zhǎng)度可能會(huì)增長(zhǎng)另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的飛線長(zhǎng)度。如何能夠調(diào)整封裝的位置到最佳點(diǎn)實(shí)在給不出太實(shí)用的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際操作時(shí)，主要依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)觀查屏幕顯示的飛線是否簡(jiǎn)捷、有序和計(jì)算出的總長(zhǎng)度是否最短。飛線是手工布局和布線的主要參考標(biāo)準(zhǔn)，手工調(diào)整布局時(shí)盡量使飛線走最短路徑，手工布線時(shí)常常按照飛線指示的路徑連接各個(gè)焊盤。Protel的飛線優(yōu)化算法可以有效地解決飛線連接的最短路徑問題。飛線的連接策略Protel提供了兩種飛線連接方式供使用者選擇：順序飛線和最短樹飛線。在布線參數(shù)設(shè)置中的飛線模式頁可以設(shè)置飛線連接策略，應(yīng)該選擇最短樹策略。動(dòng)態(tài)飛線在有關(guān)飛線顯示和控制一節(jié)中已經(jīng)講到： 執(zhí)行顯示網(wǎng)絡(luò)飛線、顯示封裝飛線和顯示全部飛線命令之一后飛線顯示開關(guān)打開，執(zhí)行隱含全部飛線命令后飛線顯示開關(guān)關(guān)閉。

安徽開發(fā)SMT插件隨著PCB設(shè)計(jì)復(fù)雜度的逐步提高，對(duì)于信號(hào)完整性的分析除了反射，串?dāng)_以及EMI之外，開發(fā)SMT插件穩(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(shí)候，電源的波動(dòng)往往會(huì)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(jiǎn)稱PI(powerintegrity)。當(dāng)今國(guó)際市場(chǎng)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(gè)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(jià)值。二、電源噪聲的起因及分析對(duì)于電源噪聲的起因我們通過一個(gè)與非門電路圖進(jìn)行分析。圖1中的電路圖為一個(gè)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(shí)回路中的電感在高頻下就很容易引起電源波動(dòng)。如在圖1中，當(dāng)與非門輸入全為高電平時(shí)，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(shí)流入地線。此時(shí)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(dòng)，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(shí)，此時(shí)電容放電，將在地線上產(chǎn)生較大的ΔI噪聲;而電源此時(shí)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(duì)于上升沿來說要小。從對(duì)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(gè)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;