隨著PCB設(shè)計(jì)復(fù)雜度的逐步提高，對于信號(hào)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(dòng)往往會(huì)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(dòng)。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(dòng)，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;

隨著集成電路輸出開關(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)完整性問題。從廣義上講，信號(hào)完整性問題主要表現(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)線的長度和導(dǎo)線周圍介質(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)的過沖和下沖。信號(hào)如果在傳輸線上來回反射，就會(huì)產(chǎn)生振鈴和環(huán)繞振蕩。

開發(fā)PCB電路板Via hole導(dǎo)通孔起線路互相連結(jié)導(dǎo)通的作用，電子行業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也促進(jìn)PCB的發(fā)展，也對印制板制作工藝和表面貼裝技術(shù)提出更高要求。PCB電路板生產(chǎn)商Via hole塞孔工藝應(yīng)運(yùn)而生，同時(shí)應(yīng)滿足下列要求：(一)導(dǎo)通孔內(nèi)有銅即可，阻焊可塞可不塞;(二)導(dǎo)通孔內(nèi)必須有錫鉛，有一定的厚度要求(4微米)，不得有阻焊油墨入孔，造成孔內(nèi)藏錫珠;(三)導(dǎo)通孔必須有阻焊油墨塞孔，不透光，不得有錫圈，錫珠以及平整等要求。隨著電子產(chǎn)品向“輕、薄、短、小”方向發(fā)展，PCB也向高密度、高難度發(fā)展，因此出現(xiàn)大量SMT、BGA的PCB，而客戶在貼裝元器件時(shí)要求塞孔，主要有五個(gè)作用：(一)防止PCB過波峰焊時(shí)錫從導(dǎo)通孔貫穿元件面造成短路;特別是我們把過孔放在BGA焊盤上時(shí)，就必須先做塞孔，再鍍金處理，便于BGA的焊接。(二)避免助焊劑殘留在導(dǎo)通孔內(nèi);(三)電子廠表面貼裝以及元件裝配完成后PCB在測試機(jī)上要吸真空形成負(fù)壓才完成：(四)防止表面錫膏流入孔內(nèi)造成虛焊，影響貼裝;

產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表：網(wǎng)絡(luò)表是電路原理圖設(shè)計(jì)(SCH)與印制電路板設(shè)計(jì)(PCB)之間的一座橋梁，它是電路板自動(dòng)的靈魂。網(wǎng)絡(luò)表可以從電路原理圖中獲得，也可從印制電路板中提取出來。(3)印制電路板的設(shè)計(jì)：印制電路板的設(shè)計(jì)主要是針對PROTEL99的另外一個(gè)重要的部分PCB而言的，在這個(gè)過程中，我們借助PROTEL99提供的強(qiáng)大功能實(shí)現(xiàn)電路板的版面設(shè)計(jì)，完成高難度的等工作。但在實(shí)踐中，具體主要以下面細(xì)分步驟為主：一、電路版設(shè)計(jì)的先期工作1、利用原理圖設(shè)計(jì)工具繪制原理圖，并且生成對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)表。當(dāng)然，有些特殊情況下，如電路版比較簡單，已經(jīng)有了網(wǎng)絡(luò)表等情況下也可以不進(jìn)行原理圖的設(shè)計(jì)，直接進(jìn)入PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)，在PCB設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，可以直接取用零件封裝，人工生成網(wǎng)絡(luò)表。2、手工更改網(wǎng)絡(luò)表將一些元件的固定用腳等原理圖上沒有的焊盤定義到與它相通的網(wǎng)絡(luò)上，沒任何物理連接的可定義到地或保護(hù)地等。將一些原理圖和PCB封裝庫中引腳名稱不一致的器件引腳名稱改成和PCB封裝庫中的一致，特別是二、三極管等。二、畫出自己定義的非標(biāo)準(zhǔn)器件的封裝庫建議將自己所畫的器件都放入一個(gè)自己建立的PCB庫專用設(shè)計(jì)文件。三、設(shè)置PCB設(shè)計(jì)環(huán)境和繪制印刷電路的版框含中間的鏤空等1、進(jìn)入PCB系統(tǒng)后的第Y步就是設(shè)置PCB設(shè)計(jì)環(huán)境，包括設(shè)置格點(diǎn)大小和類型，光標(biāo)類型，版層參數(shù)，布線參數(shù)等等。大多數(shù)參數(shù)都可以用系統(tǒng)默認(rèn)值，而且這些參數(shù)經(jīng)過設(shè)置之后，符合個(gè)人的習(xí)慣，以后無須再去修改。2、規(guī)劃電路版，主要是確定電路版的邊框，包括電路版的尺寸大小等等。在需要放置固定孔的地方放上適當(dāng)大小的焊盤。對于3mm的螺絲可用6.5~8mm的外徑和3.2~3.5mm內(nèi)徑的焊盤對于標(biāo)準(zhǔn)板可從其它板或PCBizard中調(diào)入。注意-在繪制電路版地邊框前，一定要將當(dāng)前層設(shè)置成KeepOut層，即禁止布線層。四、打開所有要用到的PCB庫文件后，調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表文件和修改零件封裝這一步是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，網(wǎng)絡(luò)表是PCB自動(dòng)布線的靈魂，也是原理圖設(shè)計(jì)與印象電路版設(shè)計(jì)的接口，只有將網(wǎng)絡(luò)表裝入后，才能進(jìn)行電路版的布線。在原理圖設(shè)計(jì)的過程中，ERC檢查不會(huì)涉及到零件的封裝問題。因此，原理圖設(shè)計(jì)時(shí)，零件的封裝可能被遺忘，在引進(jìn)網(wǎng)絡(luò)表時(shí)可以根據(jù)設(shè)計(jì)情況來修改或補(bǔ)充零件的封裝。當(dāng)然，可以直接在PCB內(nèi)人工生成網(wǎng)絡(luò)表，并且指定零件封裝。

【第Y招】多層板布線高頻電路往往集成度較高，布線密度大，采用多層板既是布線所必須，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，這就要求我們在進(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，并采用正確的布線規(guī)則來完成設(shè)計(jì)。　　【第二招】高速電子器件管腳間的引線彎折越少越好　　高頻電路布線的引線最好采用全直線，需要轉(zhuǎn)折，可用45度折線或者圓弧轉(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，滿足這一要求卻可以減少高頻信號(hào)對外的發(fā)射和相互間的耦合。　　【第三招】高頻電路器件管腳間的引線越短越好　　信號(hào)的輻射強(qiáng)度是和信號(hào)線的走線長度成正比的，高頻的信號(hào)引線越長，它就越容易耦合到靠近它的元器件上去，所以對于諸如信號(hào)的時(shí)鐘、晶振、DDR的數(shù)據(jù)、LVDS線、USB線、HDMI線等高頻信號(hào)線都是要求盡可能的走線越短越好。　　【第四招】高頻電路器件管腳間的引線層間交替越少越好　　所謂“引線的層間交替越少越好”是指元件連接過程中所用的過孔(Via)越少越好。據(jù)側(cè)，一個(gè)過孔可帶來約0.5pF的分布電容，減少過孔數(shù)能顯著提高速度和減少數(shù)據(jù)出錯(cuò)的可能性。