pcb设计技巧十五问

1、如何选择PCB板材？

选择PCB板材必须在满足设计要求和可量产性和成本之间取得平衡
设计要求包括电气和机构
通常设计非常高速PCB板子(大于GHz频率)这个材料问题会更重要
例如，现在常用的FR-四种材料，几种GHz介质损伤的频率(dielectric loss)对信号衰减影响很大，可能不适用
就电气而言，要注意介电常数(dielectric constant)以及介质损坏设计的频率是否

2.如何避免高频干扰？

避免高频干扰的基本思路是尽量减少高频信号电磁场的干扰，即所谓的串扰(Crosstalk)
可以扩大高速信号和模拟信号之间的距离，也可以增加ground guard/shunt traces在模拟信号旁边
还应注意模拟地的数字噪声干扰

3.如何解决高速设计中信号的完整性？

信号完整性基本上是阻抗匹配的问题
影响阻抗匹配的因素包括信号源架构和输出阻抗(output impedance)，接线的特性阻抗，负载端的特性，接线的拓朴(topology)架构等
通过端接解决方案(termination)拓朴，调整走线

4.如何实现差分布线？

有两点需要注意。一是两条线的长度应尽可能长，二是两条线的间距（间距由差分阻抗决定）应保持不变，即保持平行
有两种平行方式，一种是两条线走在同一层(side-by-side)，两条线上下相邻两层(over-under)
一般以前者side-by-side实现的方法有很多

5.如何实现只有一个输出端的时钟信号线的差分布线？
差分布线必须是信号源和接收端，差分信号是有意义的
因此，只有一个输出端的时钟信号不能使用差分布线

6.接收端差分线能否在两者之间增加匹配电阻？

通常会增加接收端差分线之间的匹配电阻， 其值应等于差分阻抗的值
这样，信号质量会更好

7.为什么区分对的布线要靠近平行？

应适当接近和平行差分对的布线方式
所谓的适当接近是因为间距会影响差异阻抗(differential impedance)的值, 这个值是设计差异对的重要参数
由于差分阻抗的一致性保持差分阻抗的一致性
若两线忽远忽近， 差分阻抗会不一致， 会影响信号的完整性(signal integrity)及时间延迟(timing delay)

8.如何处理实际布线中的一些理论冲突？
1. 基本上, 隔离模/数是对的
需要注意的是，信号线尽量不要跨越分割的地方(moat), 不要让电源和信号回流电流路径(returning current path)变太大
2. 晶振是模拟的正反馈振荡电路， 要有稳定的振荡信号， 必须满足loop gain与phase的规范, 模拟信号的振荡规范容易受到干扰， 即使加ground guard traces也可能无法完全隔离干扰
而且离得太远， 地平面上的噪声也会影响正反馈振荡电路
所以, 晶振与芯片之间的距离必须进入可能的距离
3. 的确，高速布线和EMI要求有很多冲突
但基本原则是因EMI添加的电阻电容器或ferrite bead, 信号的某些电气特性不符合规范
所以, 最好先用布线和PCB解决或减少叠层技能EMI的问题, 比如高速信号走内层
最后，使用电阻电容或ferrite bead的方式, 减少对信号的损害

9.如何解决高速信号手动布线与自动布线的矛盾？

目前，大多数强大的布线软件自动布线器都有设置限制来控制绕线模式和过孔数
各家EDA有时公司绕线引擎能力和约束条件的设置项目相差甚远
例如, 是否有足够的约束条件控制蛇行线(serpentine)蜿蜒的方式， 能否控制差分对的走线间距等
这将影响自动布线的布线方式是否符合设计师的想法
另外, 手动调整布线的难度也与绕线引擎的能力有绝对关系
例如, 推挤能力， 过孔的推挤能力， 甚至走线对应铜的推挤能力等
所以, 选择绕线引擎能力强的布线器， 是解决方案
10、关于test coupon

test coupon是用来以TDR (Time Domain Reflectometer) 测量生产的PCB板的特性阻抗是否满足设计要求
一般来说，需要控制的阻抗有两种情况：单根线和差异
所以， test coupon线宽和线距(有差异对时)应与要控制的线相同
最重要的是测量接地点的位置
为减少接地引线(ground lead)的电感值， TDR探棒(probe)接地通常非常接近量信号(probe tip)， 所以， test coupon测量信号点与接地点之间的距离和方法应符合所使用的探杆

11、在高速PCB在设计中，铜可以应用于信号层的空白区域，以及如何在接地和电源上分配多个信号层的铜？

大多数情况下，在空白区域涂铜是接地的
在高速信号线旁敷铜时，只要注意敷铜与信号线的距离， 因为使用的铜会降低线路的特性阻抗
还要注意不要影响其层的特性阻抗， 例如在dual stripline的结构时

12.电源平面上的信号线能否用微带线模型计算阻抗特性？
带状线模型可以计算电源和地平面之间的信号吗？

是的， 电源平面和地平面在计算特性阻抗时必须视为参考平面
例如，四层板： 顶层-电源层-地层-底层， 此时，以电源平面为参考平面的平面为参考平面的微带线模型

13来说，在高密度印刷板上通过软件自动生产试点能满足大批量生产的试验要求吗？

一般软件自动生成测试点是否满足测试要求，必须看附加测试点的规范是否符合测试机具的要求
此外，如果线路太密，测试点的标准相对严格，则可能无法自动将测试点添加到每条线中。当然，需要手动填写要测试的地方

添加试验点会影响高速信号的质量吗？

至于是否会影响信号质量，取决于测试点的添加方式和信号的速度
基本上，添加测试点（无需在线现有穿孔(via or DIP pin)当测试点)可能加在线上或是从线上拉一小段线出来
前者相当于在线添加一个小电容，后者是一个额外的分支
这两种情况或多或少会对高速信号产生影响，影响的程度与信号的频率速度和信号边缘的变化率有关(edge rate)有关
通过仿真可以知道影响大小的影响
原则上测试点越小越好(当然要满足测试机的要求)分支越短越好

15、若干PCB如何连接各板之间的地线组成系统？

各个PCB当板之间的信号或电源相互连接时，例如，当A板有电源或信号发送到B板时，将会有等量的电流从地层流回A板 (此为Kirchoff current law)
地板上的电流会找到阻抗最小的地方流回
因此，在每个连接到电源或信号的接口处，分配给地层的管脚数量不应太少，以减少阻抗，从而减少地层上的噪声
此外，还可以分析整个电流环路，特别是电流较大的部分，调整地层或地线的连接方式，以控制电流方式（例如，在某个地方制造低阻抗，使大部分电流从这个地方行走），减少对其他敏感信号的影响