上海PCB電路板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。開(kāi)發(fā)PCB電路板元器件和PCB板的參數(shù)、元器件在PCB板上的布局、高速信號(hào)的布線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)的長(zhǎng)度和導(dǎo)線(xiàn)周?chē)橘|(zhì)的介電常數(shù)。另外，當(dāng)PCB板上導(dǎo)線(xiàn)(高速數(shù)字系統(tǒng)中稱(chēng)為傳輸線(xiàn))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(xiàn)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(xiàn)上來(lái)回反射，就會(huì)產(chǎn)生振鈴和環(huán)繞振蕩。

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

在PCB板的設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以通過(guò)分層、恰當(dāng)?shù)牟季植季€(xiàn)和安裝實(shí)現(xiàn)PCB的抗ESD設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)預(yù)測(cè)可以將絕大多數(shù)設(shè)計(jì)修改僅限于增減元器件。通過(guò)調(diào)整PCB布局布線(xiàn)，能夠很好地防范ESD。以下是一些常見(jiàn)的防范措施。1、盡可能使用多層PCB相對(duì)于雙面PCB而言，地平面和電源平面，以及排列緊密的信號(hào)線(xiàn)-地線(xiàn)間距能夠減小共模阻抗和感性耦合，使之達(dá)到雙面PCB的1/10到1/100。盡量地將每一個(gè)信號(hào)層都緊靠一個(gè)電源層或地線(xiàn)層。對(duì)于頂層和底層表面都有元器件、具有很短連接線(xiàn)以及許多填充地的高密度PCB，可以考慮使用內(nèi)層線(xiàn)。2、對(duì)于雙面PCB來(lái)說(shuō)，要采用緊密交織的電源和地柵格。電源線(xiàn)緊靠地線(xiàn)，在垂直和水平線(xiàn)或填充區(qū)之間，要盡可能多地連接。一面的柵格尺寸小于等于60mm，如果可能，柵格尺寸應(yīng)小于13mm。3、確保每一個(gè)電路盡可能緊湊。4、盡可能將所有連接器都放在一邊。5、在每一層的機(jī)箱地和電路地之間，要設(shè)置相同的“隔離區(qū)”;如果可能，保持間隔距離為0.64mm。6、PCB裝配時(shí)，不要在頂層或者底層的焊盤(pán)上涂覆任何焊料。使用具有內(nèi)嵌墊圈的螺釘來(lái)實(shí)現(xiàn)PCB與金屬機(jī)箱/屏蔽層或接地面上支架的緊密接觸。

一、PCB沉金采用的是化學(xué)沉積的方法，通過(guò)化學(xué)氧化還原反應(yīng)的方法生成一層鍍層，一般厚度較厚，是化學(xué)鎳金金層沉積方法的一種，可以達(dá)到較厚的金層。二、PCB鍍金采用的是電解的原理，也叫電鍍方式。其他金屬表面處理也多數(shù)采用的是電鍍方式。在實(shí)際產(chǎn)品應(yīng)用中，90%的金板是沉金板，因?yàn)殄兘鸢搴附有圆钍撬闹旅秉c(diǎn)，也是導(dǎo)致很多公司放棄鍍金工藝的直接原因!沉金工藝在印制線(xiàn)路表面上沉積顏色穩(wěn)定，光亮度好，鍍層平整，可焊性良好的鎳金鍍層。基本可分為四個(gè)階段：前處理(除油，微蝕，活化、后浸)，沉鎳，沉金，后處理(廢金水洗，DI水洗，烘干)。沉金厚度在0.025-0.1um間。金應(yīng)用于電路板表面處理，因?yàn)榻鸬膶?dǎo)電性強(qiáng)，抗氧化性好，壽命長(zhǎng)，而鍍金板與沉金板最根本的區(qū)別在于，鍍金是硬金(耐磨)，沉金是軟金(不耐磨)。1、沉金與鍍金所形成的晶體結(jié)構(gòu)不一樣，沉金對(duì)于金的厚度比鍍金要厚很多，沉金會(huì)呈金黃色，較鍍金來(lái)說(shuō)更黃(這是區(qū)分鍍金和沉金的方法之一)，鍍金的會(huì)稍微發(fā)白(鎳的顏色)。2、沉金與鍍金所形成的晶體結(jié)構(gòu)不一樣，沉金相對(duì)鍍金來(lái)說(shuō)更容易焊接，不會(huì)造成焊接不良。沉金板的應(yīng)力更易控制，對(duì)有邦定的產(chǎn)品而言，更有利于邦定的加工。同時(shí)也正因?yàn)槌两鸨儒兘疖洠猿两鸢遄鼋鹗种覆荒湍?沉金板的缺點(diǎn))。3、PCB沉金板只有焊盤(pán)上有鎳金，趨膚效應(yīng)中信號(hào)的傳輸是在銅層不會(huì)對(duì)信號(hào)有影響。4、沉金較鍍金來(lái)說(shuō)晶體結(jié)構(gòu)更致密，不易產(chǎn)成氧化。5、隨著電路板加工精度要求越來(lái)越高，線(xiàn)寬、間距已經(jīng)到了0.1mm以下。鍍金則容易產(chǎn)生金絲短路。沉金板只有焊盤(pán)上有鎳金，所以不容易產(chǎn)成金絲短路。6、沉金板只有焊盤(pán)上有鎳金，所以線(xiàn)路上的阻焊與銅層的結(jié)合更牢固。工程在作補(bǔ)償時(shí)不會(huì)對(duì)間距產(chǎn)生影響。7、對(duì)于要求較高的板子，平整度要求要好，一般就采用沉金，沉金一般不會(huì)出現(xiàn)組裝后的黑墊現(xiàn)象。沉金板的平整性與使用壽命較鍍金板要好。所以目前大多數(shù)工廠都采用了沉金工藝生產(chǎn)金板。但是沉金工藝比鍍金工藝成本更貴(含金量更高)，所以依然還有大量的低價(jià)產(chǎn)品使用鍍金工藝。

【第Y招】多層板布線(xiàn)高頻電路往往集成度較高，布線(xiàn)密度大，采用多層板既是布線(xiàn)所必須，也是降低干擾的有效手段。在PCB Layout階段，合理的選擇一定層數(shù)的印制板尺寸，能充分利用中間層來(lái)設(shè)置屏蔽，更好地實(shí)現(xiàn)就近接地，并有效地降低寄生電感和縮短信號(hào)的傳輸長(zhǎng)度，同時(shí)還能大幅度地降低信號(hào)的交叉干擾等，所有這些方法都對(duì)高頻電路的可靠性有利。有資料顯示，同種材料時(shí)，四層板要比雙面板的噪聲低20dB。但是，同時(shí)也存在一個(gè)問(wèn)題，PCB半層數(shù)越高，制造工藝越復(fù)雜，單位成本也就越高，這就要求我們?cè)谶M(jìn)行PCB Layout時(shí)，除了選擇合適的層數(shù)的PCB板，還需要進(jìn)行合理的元器件布局規(guī)劃，并采用正確的布線(xiàn)規(guī)則來(lái)完成設(shè)計(jì)。　　【第二招】高速電子器件管腳間的引線(xiàn)彎折越少越好　　高頻電路布線(xiàn)的引線(xiàn)最好采用全直線(xiàn)，需要轉(zhuǎn)折，可用45度折線(xiàn)或者圓弧轉(zhuǎn)折，這種要求在低頻電路中僅僅用于提高銅箔的固著強(qiáng)度，而在高頻電路中，滿(mǎn)足這一要求卻可以減少高頻信號(hào)對(duì)外的發(fā)射和相互間的耦合。　　【第三招】高頻電路器件管腳間的引線(xiàn)越短越好　　信號(hào)的輻射強(qiáng)度是和信號(hào)線(xiàn)的走線(xiàn)長(zhǎng)度成正比的，高頻的信號(hào)引線(xiàn)越長(zhǎng)，它就越容易耦合到靠近它的元器件上去，所以對(duì)于諸如信號(hào)的時(shí)鐘、晶振、DDR的數(shù)據(jù)、LVDS線(xiàn)、USB線(xiàn)、HDMI線(xiàn)等高頻信號(hào)線(xiàn)都是要求盡可能的走線(xiàn)越短越好。　　【第四招】高頻電路器件管腳間的引線(xiàn)層間交替越少越好　　所謂“引線(xiàn)的層間交替越少越好”是指元件連接過(guò)程中所用的過(guò)孔(Via)越少越好。據(jù)側(cè)，一個(gè)過(guò)孔可帶來(lái)約0.5pF的分布電容，減少過(guò)孔數(shù)能顯著提高速度和減少數(shù)據(jù)出錯(cuò)的可能性。

PCB布局規(guī)則1、在通常情況下，所有的元件均應(yīng)布置在電路板的同一面上，只有頂層元件過(guò)密時(shí)，才能將一些高度有限并且發(fā)熱量小的器件，如貼片電阻、貼片電容、貼片IC等放在底層。2、在保證電氣性能的前提下，元件應(yīng)放置在柵格上且相互平行或垂直排列，以求整齊、美觀，在一般情況下不允許元件重疊;元件排列要緊湊，元件在整個(gè)版面上應(yīng)分布均勻、疏密一致。3、電路板上不同組件相臨焊盤(pán)圖形之間的最小間距應(yīng)在1MM以上。4、離電路板邊緣一般不小于2MM.電路板的最佳形狀為矩形，長(zhǎng)寬比為3:2或4:3.電路板面尺大于200MM乘150MM時(shí)，應(yīng)考慮電路板所能承受的機(jī)械強(qiáng)度。PCB設(shè)計(jì)設(shè)置技巧PCB設(shè)計(jì)在不同階段需要進(jìn)行不同的各點(diǎn)設(shè)置，在布局階段可以采用大格點(diǎn)進(jìn)行器件布局;對(duì)于IC、非定位接插件等大器件，可以選用50~100mil的格點(diǎn)精度進(jìn)行布局，而對(duì)于電阻電容和電感等無(wú)源小器件，可采用25mil的格點(diǎn)進(jìn)行布局。大格點(diǎn)的精度有利于器件的對(duì)齊和布局的美觀。PCB設(shè)計(jì)布局技巧在PCB的布局設(shè)計(jì)中要分析電路板的單元，依據(jù)起功能進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局時(shí)，要符合以下原則：1、按照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置，使布局便于信號(hào)流通，并使信號(hào)盡可能保持一致的方向。2、以每個(gè)功能單元的核心元器件為中心，圍繞他來(lái)進(jìn)行布局。元器件應(yīng)均勻、整體、緊湊的排列在PCB上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線(xiàn)和連接。3、在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)。一般電路應(yīng)盡可能使元器件并行排列，這樣不但美觀，而且裝旱容易，易于批量生產(chǎn)。