在高速設計中，可控阻抗板和線路的特性阻抗問題困擾著許多中國工程師。本文通過簡單而且直觀的方法介紹了特性阻抗的基本性質、計算和測量方法。在高速設計中，可控阻抗板和線路的特性阻抗是最重要和最普遍的問題之一。首先了解一下傳輸線的定義：傳輸線由兩個具有一定長度的導體組成，一個導體用來發送信號，另一個用來接收信號(切記“回路”取代“地”的概念)。在一個多層板中，每一條線路都是傳輸線的組成部分，鄰近的參考平面可作為第二條線路或回路。一條線路成為“性能良好”傳輸線的關鍵是使它的特性阻抗在整個線路中保持恒定。線路板成為“可控阻抗板”的關鍵是使所有線路的特性阻抗滿足一個規定值，通常在25歐姆和70歐姆之間。在多層線路板中，傳輸線性能良好的關鍵是使它的特性阻抗在整條線路中保持恒定。但是，究竟什么是特性阻抗?理解特性阻抗最簡單的方法是看信號在傳輸中碰到了什么。當沿著一條具有同樣橫截面傳輸線移動時，這類似圖1所示的微波傳輸。假定把1伏特的電壓階梯波加到這條傳輸線中，如把1伏特的電池連接到傳輸線的前端(它位于發送線路和回路之間)，一旦連接，這個電壓波信號沿著該線以光速傳播，它的速度通常約為6英寸/納秒。當然，這個信號確實是發送線路和回路之間的電壓差，它可以從發送線路的任何一點和回路的相臨點來衡量。圖2是該電壓信號的傳輸示意圖。Zen的方法是先“產生信號”，然后沿著這條傳輸線以6英寸/納秒的速度傳播。第Y個0.01納秒前進了0.06英寸，這時發送線路有多余的正電荷，而回路有多余的負電荷，正是這兩種電荷差維持著這兩個導體之間的1伏電壓差，而這兩個導體又組成了一個電容器。在下一個0.01納秒中，又要將一段0.06英寸傳輸線的電壓從0調整到1伏特，這必須加一些正電荷到發送線路，而加一些負電荷到接收線路。每移動0.06英寸，必須把更多的正電荷加到發送線路，而把更多的負電荷加到回路。每隔0.01納秒，必須對傳輸線路的另外一段進行充電，然后信號開始沿著這一段傳播。電荷來自傳輸線前端的電池，當沿著這條線移動時，就給傳輸線的連續部分充電，因而在發送線路和回路之間形成了1伏特的電壓差。每前進0.01納秒，就從電池中獲得一些電荷(±Q)，恒定的時間間隔(±t)內從電池中流出的恒定電量(±Q)就是一種恒定電流。流入回路的負電流實際上與流出的正電流相等，而且正好在信號波的前端，交流電流通過上、下線路組成的電容，結束整個循環過程。

現在市面上流行的EDA工具軟件很多，但除了使用的術語和功能鍵的位置不一樣外都大同小異，如何用這些工具更好地實現PCB的設計呢?在開始布線之前對設計進行認真的分析以及對工具軟件進行認真的設置將使設計更加符合要求。下面是一般的設計過程和步驟。1、確定PCB的層數電路板尺寸和布線層數需要在設計初期確定。如果設計要求使用高密度球柵數組(BGA)組件，就必須考慮這些器件布線所需要的最少布線層數。布線層的數量以及層疊(stack-up)方式會直接影響到印制線的布線和阻抗。板的大小有助于確定層疊方式和印制線寬度，實現期望的設計效果。多年來，人們總是認為電路板層數越少成本就越低，但是影響電路板的制造成本還有許多其它因素。近幾年來，多層板之間的成本差別已經大大減小。在開始設計時最好采用較多的電路層并使敷銅均勻分布，以避免在設計臨近結束時才發現有少量信號不符合已定義的規則以及空間要求，從而被迫添加新層。在設計之前認真的規劃將減少布線中很多的麻煩。2、設計規則和限制自動布線工具本身并不知道應該做些什幺。為完成布線任務，布線工具需要在正確的規則和限制條件下工作。不同的信號線有不同的布線要求，要對所有特殊要求的信號線進行分類，不同的設計分類也不一樣。每個信號類都應該有優先級，優先級越高，規則也越嚴格。規則涉及印制線寬度、過孔的最大數量、平行度、信號線之間的相互影響以及層的限制，這些規則對布線工具的性能有很大影響。認真考慮設計要求是成功布線的重要一步。

江西廠家SMT焊接PCB制板熱風整平前處理過程的好壞對熱風整平的質量影響很大，該工序必須徹底清除焊盤上的油污，廠家SMT焊接雜質及氧化層，為浸錫提供新鮮可焊的銅表面。現在較常采用的前處理工藝是機械式噴淋，首先是硫酸-雙氧水微蝕刻，微蝕后浸酸，然后是水噴淋沖洗，熱風吹干，噴助焊劑，立即熱風整平。前處理不良造成的露銅現象是不分類型批次同時大量出現的，露銅點常常是分布整個板面，在邊緣上更是嚴重。使用放大鏡觀察前處理后的線路板將發現焊盤上有明顯殘留的氧化點和污跡。出現類似情況應對微蝕溶液進行化學分析，檢查第二道酸洗溶液，調整溶液的濃度更換由于時間使用過長污染嚴重的溶液，檢查噴淋系統是否通暢。適當的延長處理時間也可提高處理效果，但需注意會出現的過腐蝕現象，返工的線路板經熱風整平后處理線再在5%的鹽酸溶液中處理一下，去除表面的氧化物。2.焊盤表面不潔，有殘余的阻焊劑污染焊盤。目前大部份的廠家采用全板絲網印刷液態感光阻焊油墨，然后通過曝光、顯影去除多余的阻焊劑，得到時間的阻焊圖形。在該過程中，預烘過程控制不好，溫度過高時間過長都會造成顯影的困難。阻焊底片上是否有缺陷，顯影液的成份及溫度是否正確，顯影時的速度即顯影點是否正確，噴嘴是否堵塞及噴嘴的壓力是否正常，水洗是否良好，其中任何一點情況都會給焊盤上留下殘點。如由于底片的原因形成的露銅一般較有規律性，都在同一點上。該種情況使用放大鏡可發現在露銅處有阻焊物質的殘留痕跡，PCB設計一般在固化工序前應設立一崗位對圖形及金屬化孔內部進行檢查，保證送到下一工序的印刷線路板的焊盤和金屬化孔內清潔無阻焊油墨殘留。3.助焊劑活性不夠助焊劑的作用是改善銅表面的潤濕性，保護層壓板表面不過熱，且為焊料涂層提供保護作用。如助焊劑活性不夠，銅表面潤濕性不好，焊料就不能完全覆蓋焊盤，其露銅現象與前處理不佳類似，延長前處理時間可減輕露銅現象。現在的助焊劑幾乎全為酸性助焊劑，內含有酸性添加劑，如酸性過高會產生咬銅現象嚴重，造成焊料中的銅含量高引起鉛錫粗糙;酸性過低，則活性弱，會導致露銅。如鉛錫槽中的銅含量大要及時除銅。工藝技術人員選擇一個質量穩定可靠的助焊劑對熱風整平有重要的影響，優良的助焊劑的是熱風整平質量的保證。

日常維護與保養方法1、槽體的維護與保養垂直電鍍線與水平電鍍線的主要區別在于電路板的運送方式不同，而對于槽體的維護及保養方法本質上相差不大。7d要對各水洗槽進行一次清洗對酸洗槽，進行一次清洗并更換其槽液;對槽體內的噴淋裝置進行一次檢查，查看有無出現阻塞情況，對出現阻塞情況的要及時進行疏通;對鍍銅槽、鍍錫槽上的導電支座及陽極與火線接觸位，進行一次清潔清潔時可用抹布擦拭及砂紙進行打磨;對鍍銅槽、鍍錫槽的鈦籃、錫條籃進行一次檢查，更換爛的鈦籃袋、錫條籃，并添加銅球、錫條，在7d添加完銅球、錫條后，須對電鍍銅槽、電鍍錫槽進行電解。7d還要使用高、低電流方式進行試生產，使新添加銅球、錫條完后，生產的性能穩定后再進行生產。每90要對銅球及陽極袋進行一次清洗。每120~150d使用活性碳對槽液進行一次過濾清潔，濾去槽液中的雜質，對錫槽進行一次清洗。2、垂直電鍍線振動機構的維護與保養在垂直電鍍上，為保證電鍍時面銅的均勻性及孔銅的效果，會對板進行振動搖擺，槽體上會有振動搖擺機構。30d要對減速機進行檢查，看其是否運轉正常，檢查其緊固性;要檢查震動安裝馬達螺栓的緊固性;檢查震動橡膠的磨損情況，對于磨損比較嚴重的，要進行及時的更換。180d對接線盒內的電源線接觸情形進行檢查，對出現接頭松動要及時加以緊固，對電線絕緣層熔化或老化的電源線，要及時進行更換電源線，保證電源線之間的絕緣性;要對振動機構上的所有軸承進行一次檢查，上一次潤滑脂，對嚴重磨損的軸承要進行及時的更換。3、垂直電鍍線行車的維護與保養垂直電鍍線是采用行車、掛具對電路板進行傳送。每周要對吊車及掛具進行一次清潔(行車及掛具不用拆卸)，使其外觀保持整潔，清潔時可使用抹布抹洗，并使用砂紙打磨。30d對掛具進行一次檢查，查看掛具的破損情況;對行車的電機及減速機進行一次檢查和維護，查看其整個傳動裝置，保證其正常運行。180d對行車及掛具進行一次深入的清潔及保養，要將掛具從行車上拆卸下來進行清潔。

相信對做硬件的工程師，畢業開始進公司時，在設計PCB時，老工程師都會對他說，PCB走線不要走直角，走線一定要短，電容一定要就近擺放等等。但是一開始我們可能都不了解為什么這樣做，就憑他們的幾句經驗對我們來說是遠遠不夠的哦，當然如果你沒有注意這些細節問題，今后又犯了，可能又會被他們罵，“都說了多少遍了電容一定要就近擺放，放遠了起不到效果等等”，往往經驗告訴我們其實那些老工程師也是只有一部分人才真正掌握其中的奧妙，我們一開始不會也不用難過，多看看資料很快就能掌握的。直到被罵好幾次后我們回去找相關資料，為什么設計PCB電容要就近擺放呢，等看了資料后就能了解一些，可是網上的資料很雜散，很少能找到一個很全方面講解的。下面這些內容是我轉載的一篇關于電容去耦半徑的講解，相信你看了之后可以很牛x的回答和避免類似問題的發生。老師問： 為什么去耦電容就近擺放呢?學生答： 因為它有有效半徑哦，放的遠了失效的。電容去耦的一個重要問題是電容的去耦半徑。大多數資料中都會提到電容擺放要盡量靠近芯片，多數資料都是從減小回路電感的角度來談這個擺放距離問題。確實，減小電感是一個重要原因，但是還有一個重要的原因大多數資料都沒有提及，那就是電容去耦半徑問題。如果電容擺放離芯片過遠，超出了它的去耦半徑，電容將失去它的去耦的作用。理解去耦半徑最好的辦法就是考察噪聲源和電容補償電流之間的相位關系。當芯片對電流的需求發生變化時，會在電源平面的一個很小的局部區域內產生電壓擾動，電容要補償這一電流(或電壓)，就必須先感知到這個電壓擾動。信號在介質中傳播需要一定的時間，因此從發生局部電壓擾動到電容感知到這一擾動之間有一個時間延遲。同樣，電容的補償電流到達擾動區也需要一個延遲。因此必然造成噪聲源和電容補償電流之間的相位上的不一致。

如果阻抗變化只發生一次，例如線寬從8mil變到6mil后，一直保持6mil寬度這種情況，要達到突變處信號反射噪聲不超過電壓擺幅的5%這一噪聲預算要求，阻抗變化必須小于10%。這有時很難做到，以 FR4板材上微帶線的情況為例，我們計算一下。如果線寬8mil，線條和參考平面之間的厚度為4mil，特性阻抗為46.5歐姆。線寬變化到6mil后特性阻抗變成54.2歐姆，阻抗變化率達到了20%。反射信號的幅度必然超標。至于對信號造成多大影響，還和信號上升時間和驅動端到反射點處信號的時延有關。但至少這是一個潛在的問題點。幸運的是這時可以通過阻抗匹配端接解決問題。如果阻抗變化發生兩次，例如線寬從8mil變到6mil后，拉出2cm后又變回8mil。那么在2cm長6mil寬線條的兩個端點處都會發生反射，一次是阻抗變大，發生正反射，接著阻抗變小，發生負反射。如果兩次反射間隔時間足夠短，兩次反射就有可能相互抵消，從而減小影響。假設傳輸信號為1V，第Y次正反射有0.2V被反射，1.2V繼續向前傳輸，第二次反射有 -0.2*1.2 = 0.24v被反射回。再假設6mil線長度極短，兩次反射幾乎同時發生，那么總的反射電壓只有0.04V，小于5%這一噪聲預算要求。因此，這種反射是否影響信號，有多大影響，和阻抗變化處的時延以及信號上升時間有關。研究及實驗表明，只要阻抗變化處的時延小于信號上升時間的20%，反射信號就不會造成問題。如果信號上升時間為1ns，那么阻抗變化處的時延小于0.2ns對應1.2英寸，反射就不會產生問題。也就是說，對于本例情況，6mil寬走線的長度只要小于3cm就不會有問題。