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​高频直流电源PCB电路设计的问与答

1、怎么挑选高频直流电源PCB板资料?
关于挑选高频直流电源PCB板材,有必要在满意设计需求和可量产性以及本钱的中心获得平衡点。设计需求包含电气和组织这两个部分。而一般在设计十分高速的高频直流电源PCB 板子(大于 GHz 的频率)时,这原料问题会比较重要。例如,现在常用的FR-4 原料中,在几个GHz 的频率时的介质损耗(dielectric loss)会对信号衰减有很大的影响,可能就不适用。而就电气来说,要留意介电常数(dielectric constant)和介质损在所设计的频率是否合用。

2、怎么防止高频的搅扰?
防止高频搅扰的基本思路为尽量下降高频信号电磁场的搅扰,也就所谓的串扰(Crosstalk)。可用拉大高速信号以及模仿信号之间的间隔,或许加 ground guard/shunt traces 在模仿信号周围。还有必要留意数字地对模仿地的噪声搅扰。

3、在高速设计中,怎么去处理信号的完整性问题?
信号完整性基本上为阻抗匹配的问题。而影响阻抗匹配的要素有信号源的架构以及输出阻抗(output impedance),走线的特性阻抗,负载端的特性,走线的拓朴(topology)架构等。处理的方法为靠端接(termination)与调整走线的拓朴。

4、那差分布线方法是怎么完成的?
差分对的布线有两点要留意的,一为两条线的长度要尽量一样长,二是两线的间隔(此间隔由差分阻抗决议)要一向坚持不变,也就是要坚持平行。平行的方法有两种,一是两条线走在同一走线层(side-by-side),二为两条线走在上下相邻两层(over-under)。一般以前者 side-by-side(并排, 并肩) 完成的方法比较多。

5、关于只要一个输出端的时钟信号线,是怎么完成差分布线的?
要用差分布线时,必定是信号源和接纳端也都是差分信号才有含义。故对只要一个输出端的时钟信号是无法运用差分布线的。

6、接纳端差分线对之间可否加一匹配电阻?
接纳端差分线对间的匹配电阻一般是会加的, 其值应该等于差分阻抗的值。这样信号质量才会好些。

7、为何差分对的布线要挨近而且平行?
对差分对的布线方法是要恰当的挨近且平行。所谓恰当的挨近即因为这间隔是会影响到差分阻抗(differential impedance)的值,而此值是设计差分对的重要参数。需求平行也是因为要坚持差分阻抗的一致性。若两线忽远忽近, 差分阻抗就会不一致, 就会影响信号完整性(signal integrity)及时间延迟(timing delay)。

8、怎么处理实际布线中的一些理论抵触的问题
基本上, 将模/数地切割阻隔是对的。 要留意的是信号走线尽量不要跨过有切割的当地(moat), 还有不要让高频直流电源和信号的回流电流途径(returning current path)变太大。

晶振是模仿的正反馈振动电路, 要有安稳的振动信号, 有必要满意loop gain 与 phase 的标准, 而这模仿信号的振动标准很简单遭到搅扰, 即使加 ground guard traces 可能也无法彻底阻隔搅扰。而且离的太远,地平面上的噪声也会影响正反馈振动电路。 所以, 必定要将晶振和芯片的间隔进可能挨近。

的确高速布线与 EMI 的要求有很多抵触。但基本原则是因 EMI 所加的电阻电容或 ferrite bead, 不能造成信号的一些电气特性不契合标准。 所以, 最好先用安排走线和 高频直流电源PCB 迭层的技巧来处理或削减 EMI的问题, 如高速信号走内层。最终才用电阻电容或 ferrite bead 的方法, 以下降对信号的损伤。

9、怎么处理高速信号的手艺布线和主动布线之间的对立?
现在较强的布线软件的主动布线器大部分都有设定约束条件来操控绕线方法及过孔数目。各家 EDA公司的绕线引擎才干和约束条件的设定项目有时相差甚远。 例如, 是否有满意的约束条件操控蛇行线(serpentine)弯曲的方法, 能否操控差分对的走线间隔等。 这会影响到主动布线出来的走线方法是否能契合设计者的想法。 别的, 手动调整布线的难易也与绕线引擎的才干有肯定的联系。 例如, 走线的推挤才干,过孔的推挤才干, 乃至走线对敷铜的推挤才干等等。 所以, 挑选一个绕线引擎才干强的布线器, 才是处理之道。

10、关于 test coupon。
test coupon 是用来以 TDR (Time Domain Reflectometer) 丈量所出产的 高频直流电源PCB 板的特性阻抗是否满意设计需求。 一般要操控的阻抗有单根线和差分对两种状况。 所以, test coupon 上的走线线宽和线距(有差分对时)要与所要操控的线一样。 最重要的是丈量时接地点的位置。 为了削减接地引线(ground lead)的电感值, TDR 探棒(probe)接地的当地一般十分挨近量信号的当地(probe tip), 所以, test coupon 上量测信号的点跟接地点的间隔和方法要契合所用的探棒。

11、在高速 高频直流电源PCB 设计中,信号层的空白区域能够敷铜,而多个信号层的敷铜在接地和接高频直流电源上应怎么分配?
一般在空白区域的敷铜绝大部分状况是接地。 只是在高速信号线旁敷铜时要留意敷铜与信号线的间隔, 因为所敷的铜会下降一点走线的特性阻抗。也要留意不要影响到它层的特性阻抗, 例如在 dual strip line 的结构时。

12、是否能够把高频直流电源平面上面的信号线运用微带线模型核算特性阻抗?高频直流电源和地平面之间的信号是否能够运用带状线模型核算?
是的, 在核算特性阻抗时高频直流电源平面跟地平面都有必要视为参阅平面。 例如四层板: 顶层-高频直流电源层-地层-底层,这时顶层走线特性阻抗的模型是以高频直流电源平面为参阅平面的微带线模型。

13、在高密度印制板上经过软件主动发生测验点一般状况下能满意大批量出产的测验要求吗?
一般软件主动发生测验点是否满意测验需求有必要看对加测验点的标准是否契合测验机具的要求。别的,如果走线太密且加测验点的标准比较严,则有可能没办法主动对每段线都加上测验点,当然,需求手动补齐所要测验的当地。

14、增加测验点会不会影响高速信号的质量?
至于会不会影响信号质量就要看加测验点的方法和信号究竟多快而定。基本上外加的测验点(不必在线既有的穿孔(via or DIP pin)当测验点)可能加在在线或是从在线拉一小段线出来。前者恰当所以加上一个很小的电容在在线,后者则是多了一段分支。这两个状况都会对高速信号多多少少会有点影响,影响的程度就跟信号的频率速度和信号缘变化率(edge rate)有关。影响大小可透过仿真得知。原则上测验点越小越好(当然还要满意测验机具的要求)分支越短越好。

15、若干高频直流电源PCB组成系统,各板之间的地线应怎么衔接?
各个 高频直流电源PCB 板子彼此衔接之间的信号或高频直流电源在动作时,例如 A 板子有高频直流电源或信号送到 B 板子,必定会有等量的电流从地层流回到 A 板子 (此为 Kirchoff current law)。这地层上的电流会找阻抗最小的当地流回去。所以,在各个不管是高频直流电源或信号彼此衔接的接口处,分配给地层的管脚数不能太少,以下降阻抗,这样能够下降地层上的噪声。别的,也能够剖析整个电流环路,尤其是电流较大的部分,调整地层或地线的接法,来操控电流的走法(例如,在某处制作低阻抗,让大部分的电流从这个当地走),下降对其它较灵敏信号的影响。

16、能介绍一些国外关于高速 高频直流电源PCB 设计的技能书本和数据吗?
现在高速数字电路的使用有通讯网路和核算器等相关范畴。在通讯网路方面,高频直流电源PCB 板的作业频率已达 GHz 上下,叠层数就我所知有到 40 层之多。核算器相关使用也因为芯片的进步,无论是一般的 PC 或服务器(Server),板子上的最高作业频率也现已到达 400MHz (如 Rambus) 以上。因应这高速高密度走线需求,盲埋孔(blind/buried vias)、mircrovias 及 build-up 制程工艺的需求也逐渐越来越多。 这些设计需求都有厂商可大量出产。

17、两个常被参阅的特性阻抗公式:
微带线(microstrip) Z={87/[sqrt(Er+1.41)]}ln[5.98H/(0.8W+T)] 其间,W 为线宽,T 为走线的铜皮厚度,H 为走线到参阅平面的间隔,Er 是 高频直流电源PCB 板原料的介电常数(dielectric constant)。此公式有必要在0.1<(W/H)<2.0 及 1<(Er)<15 的状况才干使用。

带状线(stripline) Z=[60/sqrt(Er)]ln{4H/[0.67π(T+0.8W)]} 其间,H 为两参阅平面的间隔,而且走线坐落两参阅平面的中心。此公式有必要在 W/H<0.35 及 T/H<0.25 的状况才干使用。

18、差分信号线中心可否加地线?
差分信号中心一般是不能加地线。因为差分信号的使用原理最重要的一点便是使用差分信号间彼此耦合(coupling)所带来的好处,如 flux cancellation,抗噪声(noise immunity)才干等。若在中心加地线,便会破坏耦合效应。

19、刚柔板设计是否需求专用设计软件与标准?国内何处能够承接该类电路板加工?
能够用一般设计 高频直流电源PCB 的软件来设计柔性电路板(Flexible Printed Circuit)。一样用 Gerber 格式给 FPC厂商出产。因为制作的工艺和一般 高频直流电源PCB 不同,各个厂商会根据他们的制作才干会对最小线宽、最小线距、最小孔径(via)有其**。除此之外,可在柔性电路板的转机处铺些铜皮加以补强。至于出产的厂商可上网“FPC”当关键词查询应该能够找到。

20、恰当挑选 高频直流电源PCB 和外壳接地的点的原则为?
挑选高频直流电源PCB与外壳接地点挑选的原则,便是使用 chassis ground 供给低阻抗的途径给回流电流(returning current)和操控此回流电流的途径。比如,一般在高频器材或许时钟发生器的附近,能够借固定用的螺丝将 高频直流电源PCB的地层和 chassis ground 做衔接,来尽量减小整个电流回路的面积,也就是削减电磁辐射。

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