在基于信號(hào)完整性計(jì)算機(jī)分析的PCB設(shè)計(jì)方法中,最為核心的部分就是PCB板級(jí)信號(hào)完整性模型的建立,這是與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法的區(qū)別之處。SI模型的正確性將決定設(shè)計(jì)的正確性,而SI模型的可建立性則決定了這種設(shè)計(jì)方法的可行性。目前構(gòu)成器件模型的方法有兩種:一種是從元器件的電學(xué)工作特性出發(fā),把元器件看成‘黑盒子’,測(cè)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(chēng)為行為級(jí)模型。這種模型的代表是IBIS模型和S參數(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是建模和使用簡(jiǎn)單方便,節(jié)約資源,適用范圍廣泛,特別是在高頻、非線(xiàn)性、大功率的情況下行為級(jí)模型是一個(gè)選擇。缺點(diǎn)是精度較差,一致性不能保證,受測(cè)試技術(shù)和精度的影響。另一種是以元器件的工作原理為基礎(chǔ),從元器件的數(shù)學(xué)方程式出發(fā),得到的器件模型及模型參數(shù)與器件的物理工作原理有密切的關(guān)系。SPICE 模型是這種模型中應(yīng)用最廣泛的一種。其優(yōu)點(diǎn)是精度較高,特別是隨著建模手段的發(fā)展和半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步和規(guī)范,人們已可以在多種級(jí)別上提供這種模型,滿(mǎn)足不同的精度需要。缺點(diǎn)是模型復(fù)雜,計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)。一般驅(qū)動(dòng)器和接收器的模型由器件廠商提供,傳輸線(xiàn)的模型通常從場(chǎng)分析器中提取,封裝和連接器的模型即可以由場(chǎng)分析器提取,又可以由制造廠商提供。在電子設(shè)計(jì)中已經(jīng)有多種可以用于PCB板級(jí)信號(hào)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。
這里主要是說(shuō)了從PCB設(shè)計(jì)封裝來(lái)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(pán)類(lèi)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(lái)。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(pán)尺寸位置正確才能保證元件能正確焊接。焊盤(pán)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(pán)的類(lèi)型。其類(lèi)型包括兩種,一是電鍍通孔,一種是表貼類(lèi)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(lái)說(shuō),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(guò)程中更好的連接焊盤(pán)和信號(hào)。其次我們還應(yīng)該注意焊盤(pán)的位置。因?yàn)椴煌奈恢?,就代表元件?shí)際當(dāng)中不同的位置。我們?nèi)绻缓侠戆才藕副P(pán)的位置,很有可能就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)區(qū)域元件過(guò)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(pán)位置過(guò)近,導(dǎo)致元件之間空隙過(guò)小而無(wú)法焊接,下面就是我失敗的一個(gè)例子,我在一個(gè)光耦開(kāi)關(guān)旁邊開(kāi)了通孔,但是由于它們的位置過(guò)近,導(dǎo)致光耦開(kāi)關(guān)焊接上去以后,通孔無(wú)法再放置螺絲了。另外一種情況就是我們要考慮焊盤(pán)如何焊接。在實(shí)際過(guò)程中我們常按一個(gè)特定的方向排列焊盤(pán),焊接起來(lái)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(guò)程中加以考慮。我們?cè)谧畛蹰_(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí),可以先畫(huà)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(méi)有布線(xiàn)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(guò)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(méi)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(lái)判斷布局的優(yōu)劣。最常用的標(biāo)準(zhǔn)就是使飛線(xiàn)總長(zhǎng)度盡可能短。一般來(lái)說(shuō),飛線(xiàn)總長(zhǎng)度越短,意味著布線(xiàn)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(xiàn)越短,走線(xiàn)所占據(jù)的印制板面積也就越小,布通率越高。在走線(xiàn)盡可能短的同時(shí),還必須考慮布線(xiàn)密度的問(wèn)題。如何布局才能使飛線(xiàn)總長(zhǎng)度最短并且保證布局密度不至于過(guò)高而不能實(shí)現(xiàn)是個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)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(pán)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(xiàn)長(zhǎng)度可能會(huì)增長(zhǎng)另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的飛線(xiàn)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(xiàn)是否簡(jiǎn)捷、有序和計(jì)算出的總長(zhǎng)度是否最短。飛線(xiàn)是手工布局和布線(xiàn)的主要參考標(biāo)準(zhǔn),手工調(diào)整布局時(shí)盡量使飛線(xiàn)走最短路徑,手工布線(xiàn)時(shí)常常按照飛線(xiàn)指示的路徑連接各個(gè)焊盤(pán)。Protel的飛線(xiàn)優(yōu)化算法可以有效地解決飛線(xiàn)連接的最短路徑問(wèn)題。飛線(xiàn)的連接策略Protel提供了兩種飛線(xiàn)連接方式供使用者選擇:順序飛線(xiàn)和最短樹(shù)飛線(xiàn)。在布線(xiàn)參數(shù)設(shè)置中的飛線(xiàn)模式頁(yè)可以設(shè)置飛線(xiàn)連接策略,應(yīng)該選擇最短樹(shù)策略。動(dòng)態(tài)飛線(xiàn)在有關(guān)飛線(xiàn)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(xiàn)、顯示封裝飛線(xiàn)和顯示全部飛線(xiàn)命令之一后飛線(xiàn)顯示開(kāi)關(guān)打開(kāi),執(zhí)行隱含全部飛線(xiàn)命令后飛線(xiàn)顯示開(kāi)關(guān)關(guān)閉。
產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表:網(wǎng)絡(luò)表是電路原理圖設(shè)計(jì)(SCH)與印制電路板設(shè)計(jì)(PCB)之間的一座橋梁,它是電路板自動(dòng)的靈魂。網(wǎng)絡(luò)表可以從電路原理圖中獲得,也可從印制電路板中提取出來(lái)。(3)印制電路板的設(shè)計(jì):印制電路板的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)PROTEL99的另外一個(gè)重要的部分PCB而言的,在這個(gè)過(guò)程中,我們借助PROTEL99提供的強(qiáng)大功能實(shí)現(xiàn)電路板的版面設(shè)計(jì),完成高難度的等工作。但在實(shí)踐中,具體主要以下面細(xì)分步驟為主:一、電路版設(shè)計(jì)的先期工作1、利用原理圖設(shè)計(jì)工具繪制原理圖,并且生成對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)表。當(dāng)然,有些特殊情況下,如電路版比較簡(jiǎn)單,已經(jīng)有了網(wǎng)絡(luò)表等情況下也可以不進(jìn)行原理圖的設(shè)計(jì),直接進(jìn)入PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng),在PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)中,可以直接取用零件封裝,人工生成網(wǎng)絡(luò)表。2、手工更改網(wǎng)絡(luò)表將一些元件的固定用腳等原理圖上沒(méi)有的焊盤(pán)定義到與它相通的網(wǎng)絡(luò)上,沒(méi)任何物理連接的可定義到地或保護(hù)地等。將一些原理圖和PCB封裝庫(kù)中引腳名稱(chēng)不一致的器件引腳名稱(chēng)改成和PCB封裝庫(kù)中的一致,特別是二、三極管等。二、畫(huà)出自己定義的非標(biāo)準(zhǔn)器件的封裝庫(kù)建議將自己所畫(huà)的器件都放入一個(gè)自己建立的PCB庫(kù)專(zhuān)用設(shè)計(jì)文件。三、設(shè)置PCB設(shè)計(jì)環(huán)境和繪制印刷電路的版框含中間的鏤空等1、進(jìn)入PCB系統(tǒng)后的第Y步就是設(shè)置PCB設(shè)計(jì)環(huán)境,包括設(shè)置格點(diǎn)大小和類(lèi)型,光標(biāo)類(lèi)型,版層參數(shù),布線(xiàn)參數(shù)等等。大多數(shù)參數(shù)都可以用系統(tǒng)默認(rèn)值,而且這些參數(shù)經(jīng)過(guò)設(shè)置之后,符合個(gè)人的習(xí)慣,以后無(wú)須再去修改。2、規(guī)劃電路版,主要是確定電路版的邊框,包括電路版的尺寸大小等等。在需要放置固定孔的地方放上適當(dāng)大小的焊盤(pán)。對(duì)于3mm的螺絲可用6.5~8mm的外徑和3.2~3.5mm內(nèi)徑的焊盤(pán)對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)板可從其它板或PCBizard中調(diào)入。注意-在繪制電路版地邊框前,一定要將當(dāng)前層設(shè)置成KeepOut層,即禁止布線(xiàn)層。四、打開(kāi)所有要用到的PCB庫(kù)文件后,調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表文件和修改零件封裝這一步是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié),網(wǎng)絡(luò)表是PCB自動(dòng)布線(xiàn)的靈魂,也是原理圖設(shè)計(jì)與印象電路版設(shè)計(jì)的接口,只有將網(wǎng)絡(luò)表裝入后,才能進(jìn)行電路版的布線(xiàn)。在原理圖設(shè)計(jì)的過(guò)程中,ERC檢查不會(huì)涉及到零件的封裝問(wèn)題。因此,原理圖設(shè)計(jì)時(shí),零件的封裝可能被遺忘,在引進(jìn)網(wǎng)絡(luò)表時(shí)可以根據(jù)設(shè)計(jì)情況來(lái)修改或補(bǔ)充零件的封裝。當(dāng)然,可以直接在PCB內(nèi)人工生成網(wǎng)絡(luò)表,并且指定零件封裝。
在PCB(印制電路板)中,印制導(dǎo)線(xiàn)用來(lái)實(shí)現(xiàn)電路元件和器件之間電氣連接,是PCB中的重要組件,PCB導(dǎo)線(xiàn)多為銅線(xiàn),銅自身的物理特性也導(dǎo)致其在導(dǎo)電過(guò)程中必然存在一定的阻抗,導(dǎo)線(xiàn)中的電感成分會(huì)影響電壓信號(hào)的傳輸,而電阻成分則會(huì)影響電流信號(hào)的傳輸,在高頻線(xiàn)路中電感的影響尤為嚴(yán)重,因此,在PCB設(shè)計(jì)中必須注意和消除印制導(dǎo)線(xiàn)阻抗所帶來(lái)的影響。1印制導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生干擾的原因PCB上的印制導(dǎo)線(xiàn)通電后在直流或交流狀態(tài)下分別對(duì)電流呈現(xiàn)電阻或感抗,而平行導(dǎo)線(xiàn)之間存在電感效應(yīng),電阻效應(yīng),電導(dǎo)效應(yīng),互感效應(yīng);一根導(dǎo)線(xiàn)上的變化電流必然影響另一根導(dǎo)線(xiàn),從而產(chǎn)生干擾;PCB板外連接導(dǎo)線(xiàn)甚至元器件引線(xiàn)都可能成為發(fā)射或接收干擾信號(hào)的天線(xiàn)。印制導(dǎo)線(xiàn)的直流電阻和交流阻抗可以通過(guò)公式和公式來(lái)計(jì)算,R=PL/S和XL=2πfL式中L為印制導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度(m),s為導(dǎo)線(xiàn)截面積(mm2),ρ為銅的電阻率,TT為常數(shù),f為交流頻率。正是由于這些阻抗的存在,從而產(chǎn)生一定的電位差,這些電位差的存在,必然會(huì)帶來(lái)干擾,從而影響電路的正常工作。2 PCB電流與導(dǎo)線(xiàn)寬度的關(guān)系PCB導(dǎo)線(xiàn)寬度與電路電流承載值有關(guān),一般導(dǎo)線(xiàn)越寬,承載電流的能力越強(qiáng)。在實(shí)際的PCB制作過(guò)程中,導(dǎo)線(xiàn)寬度應(yīng)以能滿(mǎn)足電氣性能要求而又便于生產(chǎn)為宜,它的最小值以承受的電流大小而定,導(dǎo)線(xiàn)寬度和間距可取0.3mm(12mil)。導(dǎo)線(xiàn)的寬度在大電流的情況下還要考慮其溫升問(wèn)題。PCB設(shè)計(jì)銅鉑厚度、線(xiàn)寬
江西專(zhuān)業(yè)FPC軟板1)專(zhuān)門(mén)用于探測(cè)的測(cè)試焊盤(pán)的直徑應(yīng)該不小于0.9mm 。2) 測(cè)試焊盤(pán)周?chē)目臻g應(yīng)大于0.6mm 而小于5mm 。FPC軟板生產(chǎn)廠如果元器件的高度大于6. 7mm,那么測(cè)試焊盤(pán)應(yīng)置于該元器件5mm 以外。3) 在距離印制電路板邊緣3mm 以?xún)?nèi)不要放置任何元器件或測(cè)試焊盤(pán)。4) 測(cè)試焊盤(pán)應(yīng)放在一個(gè)網(wǎng)格中2.5mm孔的中心。如果有可能,允許使用標(biāo)準(zhǔn)探針和一個(gè)更可靠的固定裝置。5) 不要依靠連接器指針的邊緣來(lái)進(jìn)行焊盤(pán)測(cè)試。測(cè)試探針很容易損壞鍍金指針。6) 避免鍍通孔-印制電路板兩邊的探查。把測(cè)試頂端通過(guò)孔放到印制電路板的非元器件/焊接面上。