pcn設(shè)計(jì)問(wèn)題集第Y部分從pcb如何選材到運(yùn)用等一系列問(wèn)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(wèn)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(wèn)題?信號(hào)完整性基本上是阻抗匹配的問(wèn)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。

隨著集成電路輸出開(kāi)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(wèn)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(wèn)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(guò)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(mén)課題。基于信號(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(wèn)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(wèn)題。從廣義上講，信號(hào)完整性問(wèn)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?chē)橘|(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(chēng)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(guò)沖和下沖。信號(hào)如果在傳輸線上來(lái)回反射，就會(huì)產(chǎn)生振鈴和環(huán)繞振蕩。

覆銅時(shí)銅和導(dǎo)線之間的間距要改變覆銅時(shí)銅和導(dǎo)線以及焊盤(pán)之間的間距，方法如下：設(shè)計(jì)—規(guī)則—Electrical—clearance，點(diǎn)右鍵建立“新規(guī)則”，出現(xiàn)clearance_1，在clearance_1規(guī)則中“第Y個(gè)對(duì)象匹配哪里”欄中選中“高級(jí)(查詢(xún))”，在右邊的“全查詢(xún)”欄中輸入(InPoly)，最后點(diǎn)“應(yīng)用”結(jié)束。如果輸入不對(duì)，選則“所有”后再選“高級(jí)(查詢(xún))”。pcb中放置某個(gè)器件時(shí)無(wú)論如何都報(bào)錯(cuò)在pcb中放置某個(gè)元件時(shí)，無(wú)論如何都報(bào)錯(cuò)，解決辦法是將規(guī)則里的線間距改小。如何選中所有連在一起的線或同一網(wǎng)絡(luò)的線按住“Ctrl”左鍵單擊想要選中的網(wǎng)絡(luò)線即可。無(wú)意中按出來(lái)個(gè)放大鏡在無(wú)意中按出來(lái)個(gè)放大鏡，用“SHIFT+M”取消或者選菜單項(xiàng)“工具”——“優(yōu)先選項(xiàng)”——“pcb Editor”——“Board Insight Lens”，勾選或取消“可視”即可。

1.寄生電容過(guò)孔本身存在著對(duì)地或電源的寄生電容，如果已知過(guò)孔在內(nèi)層上的隔離孔直徑為D2;過(guò)孔焊盤(pán)的直徑為D1;PCB的厚度為T(mén);板基材的相對(duì)介電常數(shù)為ε;過(guò)孔的寄生電容延Κ了電路中信號(hào)的上升時(shí)問(wèn)，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(pán)直徑為20mil的過(guò)孔，內(nèi)層電氣間隙寬度為32mil時(shí)，可以通過(guò)上面的公式近似算出過(guò)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(hào)上升時(shí)間延長(zhǎng)量。系數(shù)1/2是因?yàn)檫^(guò)孔在走線的中途。從這些數(shù)值可以看出，盡管單個(gè)過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)孔的高度;d是中心鉆孔的直徑;則過(guò)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(lái)的危害超過(guò)寄生電容的影響。過(guò)孔的寄生串聯(lián)電感會(huì)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(guò)孔應(yīng)該盡可能短，以使其電感值最小。通過(guò)上面對(duì)過(guò)孔寄生特性的分析，為了減小過(guò)孔的寄生效應(yīng)帶來(lái)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(guò)孔，尤其是時(shí)鐘信號(hào)走線;· 使用較薄的PCB有利于減小過(guò)孔的兩種寄生參數(shù);· 過(guò)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(hào)的反射;

臺(tái)灣開(kāi)發(fā)PCB打樣PCB設(shè)計(jì)是一個(gè)細(xì)致的工作，需要的就是細(xì)心和耐心。剛開(kāi)始做設(shè)計(jì)的新手經(jīng)常犯的錯(cuò)誤就是一些細(xì)節(jié)錯(cuò)誤。PCB打樣器件管腳弄錯(cuò)了，器件封裝用錯(cuò)了，管腳順序畫(huà)反了等等，有些可以通過(guò)飛線來(lái)解決，有些可能就讓一塊板子直接變成了廢品。畫(huà)封裝的時(shí)候多檢查一遍，投板之前把封裝打印出來(lái)和實(shí)際器件比一下，多看一眼，多檢查一遍不是強(qiáng)迫癥，只是讓這些容易犯的低級(jí)錯(cuò)誤盡量避免。否則設(shè)計(jì)的再好看的板子，上面布滿飛線，也就遠(yuǎn)談不上優(yōu)秀了。(二) 學(xué)會(huì)設(shè)置規(guī)則其實(shí)現(xiàn)在不光高級(jí)的PCB設(shè)計(jì)軟件需要設(shè)置布線規(guī)則，一些簡(jiǎn)單易用的PCB工具同樣可以進(jìn)行規(guī)則設(shè)置。人腦畢竟不是機(jī)器，那就難免會(huì)有疏忽有失誤。所以把一些容易忽略的問(wèn)題設(shè)置到規(guī)則里面，讓電腦幫助我們檢查，盡量避免犯一些低級(jí)錯(cuò)誤。另外，完善的規(guī)則設(shè)置能更好的規(guī)范后面的工作。所謂磨刀不誤砍柴工，板子的規(guī)模越復(fù)雜規(guī)則設(shè)置的重要性越突出。現(xiàn)在很多EDA工具都有自動(dòng)布線功能，如果規(guī)則設(shè)置足夠詳細(xì)，讓工具自己幫你去設(shè)計(jì)，你在一旁喝杯咖啡，不是更愜意的事情嗎?(三) 為別人考慮的越多，自己的工作越少在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)的時(shí)候，盡量多考慮一些最終使用者的需求。比如，如果設(shè)計(jì)的是一塊開(kāi)發(fā)板，那么在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)的時(shí)候就要考慮放置更多的絲印信息，這樣在使用的時(shí)候會(huì)更方便，不用來(lái)回的查找原理圖或者找設(shè)計(jì)人員支持了。如果設(shè)計(jì)的是一個(gè)量產(chǎn)產(chǎn)品，那么就要更多的考慮到生產(chǎn)線上會(huì)遇到的問(wèn)題，同類(lèi)型的器件盡量方向一致，器件間距是否合適，板子的工藝邊寬度等等。這些問(wèn)題考慮的越早，越不會(huì)影響后面的設(shè)計(jì)，也可以減少后面支持的工作量和改板的次數(shù)。看上去開(kāi)始設(shè)計(jì)上用的時(shí)間增加了，實(shí)際上是減少了自己后續(xù)的工作量。在板子空間信號(hào)允許的情況下，盡量放置更多的測(cè)試點(diǎn)，提高板子的可測(cè)性，這樣在后續(xù)調(diào)試階段同樣能節(jié)省更多的時(shí)間，給發(fā)現(xiàn)問(wèn)題提供更多的思路。

一、快速確定PCB外形設(shè)計(jì)PCB先要確定電路板的外形，通常就是在禁止布線層畫(huà)出電氣的布線范圍。除非有特殊要求，一般電路板的形狀都為矩形，長(zhǎng)寬比一般為3：2或者4：3較為理想。在畫(huà)之前可以任意畫(huà)出兩條橫線和兩條豎線，然后利用“放置工具條”里的“設(shè)置原點(diǎn)”工具將某一條線段的端點(diǎn)設(shè)為原點(diǎn)即坐標(biāo)為(0，0)，之后雙擊每一條線段，對(duì)其起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)值進(jìn)行相應(yīng)的更改，使4條線段首尾相接，形成一個(gè)封閉的矩形框，電路板的外型確定也就完成了。如果在畫(huà)圖的過(guò)程中需要調(diào)整電路板的大小，只要修改每條線段的相應(yīng)坐標(biāo)值即可。從成本、敷銅線長(zhǎng)度、抗噪聲能力考慮，電路板尺寸越小越好，但是板尺寸太小，則散熱不良，且相鄰的導(dǎo)線容易引起干擾。不過(guò)，當(dāng)電路板的尺寸大于200mm×150mm時(shí)，應(yīng)該考慮電路板的機(jī)械強(qiáng)度，適當(dāng)加裝固定孔，以便起到支撐的作用。二、元件布局開(kāi)始布局之前首先要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)表載入元器件，這個(gè)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到網(wǎng)絡(luò)表無(wú)法完全載入的錯(cuò)誤，主要可歸為兩類(lèi)：一類(lèi)是找不到元件，解決方法是確認(rèn)原理圖中已定義元件的封裝形式，并確認(rèn)已添加相應(yīng)的PCB元件庫(kù)，若仍找不到元件就要自己造一個(gè)元件封裝了;另一類(lèi)是丟失引腳，最常見(jiàn)的就是二極管、三極管的引腳丟失，這是由于原理圖中的引腳一般是字母A、K、E、B、C，而PCB元件的引腳則是數(shù)字1、2、3，解決方法就是更改原理圖的定義，或者更改PCB元件的定義使其一致即可。有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者一般都會(huì)根據(jù)實(shí)際元件的封裝外形建立一個(gè)自己的PCB元件庫(kù)，使用方便而且不易出錯(cuò)。進(jìn)行布局時(shí)，必須要遵循一些基本規(guī)則：(1)特殊元件特殊考慮高頻元件之間要盡量靠近，連線越短越好;具有高電位差的元件之間距離盡量加大;重量大的元器件應(yīng)該有支架固定;發(fā)熱的元件應(yīng)遠(yuǎn)離熱敏元件并加裝相應(yīng)的散熱片或置于板外;電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容、微動(dòng)開(kāi)關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)該考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求，以方便調(diào)節(jié)為準(zhǔn)。總之，一些特殊的元器件在布局時(shí)要從元件本身的特性、機(jī)箱的結(jié)構(gòu)、維修調(diào)試的方便性等多方面綜合考慮，以保證做出一塊穩(wěn)定、好用的PCB板。