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)信號的頻率還在提高,從而使得如何處理高速信號問題成為一個(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的概念。高速不是就頻率的高低來說的,而是由信號的邊沿速度決定的,一般認(rèn)為上升時(shí)間小于4倍信號傳輸延遲時(shí)可視為高速信號。即使在工作頻率不高的系統(tǒng)中,也會出現(xiàn)信號完整性的問題。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,隨之帶來了信號完整性的種種問題。
在基于信號完整性計(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板級信號完整性模型的建立,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(shù)。其優(yōu)點(diǎn)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(gè)選擇。缺點(diǎn)是精度較差,一致性不能保證,受測試技術(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別上提供這種模型,滿足不同的精度需要。缺點(diǎn)是模型復(fù)雜,計(jì)算時(shí)間長。一般驅(qū)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(shè)計(jì)中已經(jīng)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。
日常維護(hù)與保養(yǎng)方法1、槽體的維護(hù)與保養(yǎng)垂直電鍍線與水平電鍍線的主要區(qū)別在于電路板的運(yùn)送方式不同,而對于槽體的維護(hù)及保養(yǎng)方法本質(zhì)上相差不大。7d要對各水洗槽進(jìn)行一次清洗對酸洗槽,進(jìn)行一次清洗并更換其槽液;對槽體內(nèi)的噴淋裝置進(jìn)行一次檢查,查看有無出現(xiàn)阻塞情況,對出現(xiàn)阻塞情況的要及時(shí)進(jìn)行疏通;對鍍銅槽、鍍錫槽上的導(dǎo)電支座及陽極與火線接觸位,進(jìn)行一次清潔清潔時(shí)可用抹布擦拭及砂紙進(jìn)行打磨;對鍍銅槽、鍍錫槽的鈦籃、錫條籃進(jìn)行一次檢查,更換爛的鈦籃袋、錫條籃,并添加銅球、錫條,在7d添加完銅球、錫條后,須對電鍍銅槽、電鍍錫槽進(jìn)行電解。7d還要使用高、低電流方式進(jìn)行試生產(chǎn),使新添加銅球、錫條完后,生產(chǎn)的性能穩(wěn)定后再進(jìn)行生產(chǎn)。每90要對銅球及陽極袋進(jìn)行一次清洗。每120~150d使用活性碳對槽液進(jìn)行一次過濾清潔,濾去槽液中的雜質(zhì),對錫槽進(jìn)行一次清洗。2、垂直電鍍線振動機(jī)構(gòu)的維護(hù)與保養(yǎng)在垂直電鍍上,為保證電鍍時(shí)面銅的均勻性及孔銅的效果,會對板進(jìn)行振動搖擺,槽體上會有振動搖擺機(jī)構(gòu)。30d要對減速機(jī)進(jìn)行檢查,看其是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常,檢查其緊固性;要檢查震動安裝馬達(dá)螺栓的緊固性;檢查震動橡膠的磨損情況,對于磨損比較嚴(yán)重的,要進(jìn)行及時(shí)的更換。180d對接線盒內(nèi)的電源線接觸情形進(jìn)行檢查,對出現(xiàn)接頭松動要及時(shí)加以緊固,對電線絕緣層熔化或老化的電源線,要及時(shí)進(jìn)行更換電源線,保證電源線之間的絕緣性;要對振動機(jī)構(gòu)上的所有軸承進(jìn)行一次檢查,上一次潤滑脂,對嚴(yán)重磨損的軸承要進(jìn)行及時(shí)的更換。3、垂直電鍍線行車的維護(hù)與保養(yǎng)垂直電鍍線是采用行車、掛具對電路板進(jìn)行傳送。每周要對吊車及掛具進(jìn)行一次清潔(行車及掛具不用拆卸),使其外觀保持整潔,清潔時(shí)可使用抹布抹洗,并使用砂紙打磨。30d對掛具進(jìn)行一次檢查,查看掛具的破損情況;對行車的電機(jī)及減速機(jī)進(jìn)行一次檢查和維護(hù),查看其整個(gè)傳動裝置,保證其正常運(yùn)行。180d對行車及掛具進(jìn)行一次深入的清潔及保養(yǎng),要將掛具從行車上拆卸下來進(jìn)行清潔。
隨著PCB設(shè)計(jì)復(fù)雜度的逐步提高,對于信號完整性的分析除了反射,串?dāng)_以及EMI之外,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,電源的波動往往會給系統(tǒng)帶來致命的影響,于是人們提出了新的名詞:電源完整性,簡稱PI(powerintegrity)。當(dāng)今國際市場上,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。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,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于上升沿來說要小。從對與非門的電路進(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;
上海開發(fā)FPC軟板1.寄生電容過孔本身存在著對地或電源的寄生電容,如果已知過孔在內(nèi)層上的隔離孔直徑為D2;開發(fā)FPC軟板過孔焊盤的直徑為D1;PCB的厚度為T;板基材的相對介電常數(shù)為ε;過孔的寄生電容延Κ了電路中信號的上升時(shí)問,降低了電路的速度。如果一塊厚度為25mil的PCB,使用內(nèi)徑為10mil,焊盤直徑為20mil的過孔,內(nèi)層電氣間隙寬度為32mil時(shí),可以通過上面的公式近似算出過孔的寄生電容大致為0.259 pF。如果走線的特性阻抗為30Ω,則該寄生電容引起的信號上升時(shí)間延長量。系數(shù)1/2是因?yàn)檫^孔在走線的中途。從這些數(shù)值可以看出,盡管單個(gè)過孔的寄生電容引起的上升沿變緩的效用不是很明顯,但是如果走線中多次使用過孔進(jìn)行層間的切換,設(shè)計(jì)者還是要慎重考慮的。2.寄生電感過孔還具有與其高度和直徑直接相關(guān)的串聯(lián)寄生電感。若九是過孔的高度;d是中心鉆孔的直徑;則過孔的寄生電感L近似為在高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中,寄生電感帶來的危害超過寄生電容的影響。過孔的寄生串聯(lián)電感會削弱旁路電容在電源或地平面濾除噪聲的作用,減弱整個(gè)電源系統(tǒng)的濾波效用c因此旁路和去耦電容的過孔應(yīng)該盡可能短,以使其電感值最小。通過上面對過孔寄生特性的分析,為了減小過孔的寄生效應(yīng)帶來的不利影響,在進(jìn)行高速PCB設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量做到:· 盡量減少過孔,尤其是時(shí)鐘信號走線;· 使用較薄的PCB有利于減小過孔的兩種寄生參數(shù);· 過孔阻抗應(yīng)該盡可能與其連接的走線的阻抗相匹配,以便減小信號的反射;