在高速設(shè)計(jì)中，可控阻抗板和線(xiàn)路的特性阻抗問(wèn)題困擾著許多中國(guó)工程師。本文通過(guò)簡(jiǎn)單而且直觀(guān)的方法介紹了特性阻抗的基本性質(zhì)、計(jì)算和測(cè)量方法。在高速設(shè)計(jì)中，可控阻抗板和線(xiàn)路的特性阻抗是最重要和最普遍的問(wèn)題之一。首先了解一下傳輸線(xiàn)的定義：傳輸線(xiàn)由兩個(gè)具有一定長(zhǎng)度的導(dǎo)體組成，一個(gè)導(dǎo)體用來(lái)發(fā)送信號(hào)，另一個(gè)用來(lái)接收信號(hào)(切記“回路”取代“地”的概念)。在一個(gè)多層板中，每一條線(xiàn)路都是傳輸線(xiàn)的組成部分，鄰近的參考平面可作為第二條線(xiàn)路或回路。一條線(xiàn)路成為“性能良好”傳輸線(xiàn)的關(guān)鍵是使它的特性阻抗在整個(gè)線(xiàn)路中保持恒定。線(xiàn)路板成為“可控阻抗板”的關(guān)鍵是使所有線(xiàn)路的特性阻抗?jié)M足一個(gè)規(guī)定值，通常在25歐姆和70歐姆之間。在多層線(xiàn)路板中，傳輸線(xiàn)性能良好的關(guān)鍵是使它的特性阻抗在整條線(xiàn)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(jiǎn)單的方法是看信號(hào)在傳輸中碰到了什么。當(dāng)沿著一條具有同樣橫截面?zhèn)鬏斁€(xiàn)移動(dòng)時(shí)，這類(lèi)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(xiàn)中，如把1伏特的電池連接到傳輸線(xiàn)的前端(它位于發(fā)送線(xiàn)路和回路之間)，一旦連接，這個(gè)電壓波信號(hào)沿著該線(xiàn)以光速傳播，它的速度通常約為6英寸/納秒。當(dāng)然，這個(gè)信號(hào)確實(shí)是發(fā)送線(xiàn)路和回路之間的電壓差，它可以從發(fā)送線(xiàn)路的任何一點(diǎn)和回路的相臨點(diǎn)來(lái)衡量。圖2是該電壓信號(hào)的傳輸示意圖。Zen的方法是先“產(chǎn)生信號(hào)”，然后沿著這條傳輸線(xiàn)以6英寸/納秒的速度傳播。第Y個(gè)0.01納秒前進(jìn)了0.06英寸，這時(shí)發(fā)送線(xiàn)路有多余的正電荷，而回路有多余的負(fù)電荷，正是這兩種電荷差維持著這兩個(gè)導(dǎo)體之間的1伏電壓差，而這兩個(gè)導(dǎo)體又組成了一個(gè)電容器。在下一個(gè)0.01納秒中，又要將一段0.06英寸傳輸線(xiàn)的電壓從0調(diào)整到1伏特，這必須加一些正電荷到發(fā)送線(xiàn)路，而加一些負(fù)電荷到接收線(xiàn)路。每移動(dòng)0.06英寸，必須把更多的正電荷加到發(fā)送線(xiàn)路，而把更多的負(fù)電荷加到回路。每隔0.01納秒，必須對(duì)傳輸線(xiàn)路的另外一段進(jìn)行充電，然后信號(hào)開(kāi)始沿著這一段傳播。電荷來(lái)自傳輸線(xiàn)前端的電池，當(dāng)沿著這條線(xiàn)移動(dòng)時(shí)，就給傳輸線(xiàn)的連續(xù)部分充電，因而在發(fā)送線(xiàn)路和回路之間形成了1伏特的電壓差。每前進(jìn)0.01納秒，就從電池中獲得一些電荷(±Q)，恒定的時(shí)間間隔(±t)內(nèi)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(fù)電流實(shí)際上與流出的正電流相等，而且正好在信號(hào)波的前端，交流電流通過(guò)上、下線(xiàn)路組成的電容，結(jié)束整個(gè)循環(huán)過(guò)程。

在基于信號(hào)完整性計(jì)算機(jī)分析的PCB設(shè)計(jì)方法中，最為核心的部分就是PCB板級(jí)信號(hào)完整性模型的建立，這是與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法的區(qū)別之處。SI模型的正確性將決定設(shè)計(jì)的正確性，而SI模型的可建立性則決定了這種設(shè)計(jì)方法的可行性。目前構(gòu)成器件模型的方法有兩種：一種是從元器件的電學(xué)工作特性出發(fā)，把元器件看成‘黑盒子’，測(cè)量其端口的電氣特性，提取器件模型，而不涉及器件的工作原理，稱(chēng)為行為級(jí)模型。這種模型的代表是IBIS模型和S參數(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是建模和使用簡(jiǎn)單方便，節(jié)約資源，適用范圍廣泛，特別是在高頻、非線(xiàn)性、大功率的情況下行為級(jí)模型是一個(gè)選擇。缺點(diǎn)是精度較差，一致性不能保證，受測(cè)試技術(shù)和精度的影響。另一種是以元器件的工作原理為基礎(chǔ)，從元器件的數(shù)學(xué)方程式出發(fā)，得到的器件模型及模型參數(shù)與器件的物理工作原理有密切的關(guān)系。SPICE 模型是這種模型中應(yīng)用最廣泛的一種。其優(yōu)點(diǎn)是精度較高，特別是隨著建模手段的發(fā)展和半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步和規(guī)范，人們已可以在多種級(jí)別上提供這種模型，滿(mǎn)足不同的精度需要。缺點(diǎn)是模型復(fù)雜，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)。一般驅(qū)動(dòng)器和接收器的模型由器件廠(chǎng)商提供，傳輸線(xiàn)的模型通常從場(chǎng)分析器中提取，封裝和連接器的模型即可以由場(chǎng)分析器提取，又可以由制造廠(chǎng)商提供。在電子設(shè)計(jì)中已經(jīng)有多種可以用于PCB板級(jí)信號(hào)完整性分析的模型，其中最為常用的有三種，分別是SPICE、IBIS和Verilog-AMS、VHDL-AMS。

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(mǎn)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(xiàn)的特性阻抗，負(fù)載端的特性，走線(xiàn)的拓樸(topology)架構(gòu)等。解決的方式是靠端接(termination)與調(diào)整走線(xiàn)的拓樸。

山東廠(chǎng)家PCB鋁基板(一) 細(xì)節(jié)決定成敗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。廠(chǎng)家PCB鋁基板器件管腳弄錯(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(xiàn)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(mǎn)飛線(xiàn)，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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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。(四) 畫(huà)好原理圖很多工程師都覺(jué)得layout工作更重要一些，原理圖就是為了生成網(wǎng)表方便PCB做檢查用的。其實(shí)，在后續(xù)電路調(diào)試過(guò)程中原理圖的作用會(huì)更大一些。無(wú)論是查找問(wèn)題還是和同事交流，還是原理圖更直觀(guān)更方便。另外養(yǎng)成在原理圖中做標(biāo)注的習(xí)慣，把各部分電路在layout的時(shí)候要注意到的問(wèn)題標(biāo)注在原理圖上，對(duì)自己或者對(duì)別人都是一個(gè)很好的提醒。層次化原理圖，把不同功能不同模塊的電路分成不同的頁(yè)，這樣無(wú)論是讀圖還是以后重復(fù)使用都能明顯的減少工作量。使用成熟的設(shè)計(jì)總是要比設(shè)計(jì)新電路的風(fēng)險(xiǎn)小。每次看到把所有電路都放在一張圖紙上，一片密密麻麻的器件，腦袋就能大一圈。

相信對(duì)做硬件的工程師，畢業(yè)開(kāi)始進(jìn)公司時(shí)，在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，老工程師都會(huì)對(duì)他說(shuō)，PCB走線(xiàn)不要走直角，走線(xiàn)一定要短，電容一定要就近擺放等等。但是一開(kāi)始我們可能都不了解為什么這樣做，就憑他們的幾句經(jīng)驗(yàn)對(duì)我們來(lái)說(shuō)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的哦，當(dāng)然如果你沒(méi)有注意這些細(xì)節(jié)問(wèn)題，今后又犯了，可能又會(huì)被他們罵，“都說(shuō)了多少遍了電容一定要就近擺放，放遠(yuǎn)了起不到效果等等”，往往經(jīng)驗(yàn)告訴我們其實(shí)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(kāi)始不會(huì)也不用難過(guò)，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(guān)資料，為什么設(shè)計(jì)PCB電容要就近擺放呢，等看了資料后就能了解一些，可是網(wǎng)上的資料很雜散，很少能找到一個(gè)很全方面講解的。下面這些內(nèi)容是我轉(zhuǎn)載的一篇關(guān)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(lèi)似問(wèn)題的發(fā)生。老師問(wèn)： 為什么去耦電容就近擺放呢?學(xué)生答： 因?yàn)樗杏行О霃脚叮诺倪h(yuǎn)了失效的。電容去耦的一個(gè)重要問(wèn)題是電容的去耦半徑。大多數(shù)資料中都會(huì)提到電容擺放要盡量靠近芯片，多數(shù)資料都是從減小回路電感的角度來(lái)談這個(gè)擺放距離問(wèn)題。確實(shí)，減小電感是一個(gè)重要原因，但是還有一個(gè)重要的原因大多數(shù)資料都沒(méi)有提及，那就是電容去耦半徑問(wèn)題。如果電容擺放離芯片過(guò)遠(yuǎn)，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(bǔ)償電流之間的相位關(guān)系。當(dāng)芯片對(duì)電流的需求發(fā)生變化時(shí)，會(huì)在電源平面的一個(gè)很小的局部區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生電壓擾動(dòng)，電容要補(bǔ)償這一電流(或電壓)，就必須先感知到這個(gè)電壓擾動(dòng)。信號(hào)在介質(zhì)中傳播需要一定的時(shí)間，因此從發(fā)生局部電壓擾動(dòng)到電容感知到這一擾動(dòng)之間有一個(gè)時(shí)間延遲。同樣，電容的補(bǔ)償電流到達(dá)擾動(dòng)區(qū)也需要一個(gè)延遲。因此必然造成噪聲源和電容補(bǔ)償電流之間的相位上的不一致。

大量涉及蝕刻面的質(zhì)量問(wèn)題都集中在上板面被蝕刻的部分，而這些問(wèn)題來(lái)自于蝕刻劑所產(chǎn)生的膠狀板結(jié)物的影響。對(duì)這一點(diǎn)的了解是十分重要的，因膠狀板結(jié)物堆積在銅表面上。一方面會(huì)影響噴射力，另一方面會(huì)阻檔了新鮮蝕刻液的補(bǔ)充，使蝕刻的速度被降低。正因膠狀板結(jié)物的形成和堆積，使得基板上下面的圖形的蝕刻程度不同，先進(jìn)入的基板因堆積尚未形成，蝕刻速度較快， 故容易被徹底地蝕刻或造成過(guò)腐蝕，而后進(jìn)入的基板因堆積已形成，而減慢了蝕刻的速度。蝕刻設(shè)備的維護(hù)維護(hù)蝕刻設(shè)備的最關(guān)鍵因素就是要保證噴嘴的高清潔度及無(wú)阻塞物，使噴嘴能暢順地噴射。阻塞物或結(jié)渣會(huì)使噴射時(shí)產(chǎn)生壓力作用，沖擊板面。而噴嘴不清潔，則會(huì)造成蝕刻不均勻而使整塊電路板報(bào)廢。明顯地，設(shè)備的維護(hù)就是更換破損件和磨損件，因噴嘴同樣存在著磨損的問(wèn)題，所以更換時(shí)應(yīng)包括噴嘴。此外，更為關(guān)鍵的問(wèn)題是要保持蝕刻機(jī)沒(méi)有結(jié)渣，因很多時(shí)結(jié)渣堆積過(guò)多會(huì)對(duì)蝕刻液的化學(xué)平衡產(chǎn)生影響。同樣地，如果蝕刻液出現(xiàn)化學(xué)不平衡，結(jié)渣的情況就會(huì)愈加嚴(yán)重。蝕刻液突然出現(xiàn)大量結(jié)渣時(shí)，通常是一個(gè)信號(hào)，表示溶液的平衡出現(xiàn)了問(wèn)題，這時(shí)應(yīng)使用較強(qiáng)的鹽酸作適當(dāng)?shù)那鍧嵒驅(qū)θ芤哼M(jìn)行補(bǔ)加。