解答PCB設(shè)計(jì)技巧疑難解析（二）

10、關(guān)于test coupon。

test coupon 是用來(lái)以TDR (Time Domain Reflectometer) 測(cè)量所生產(chǎn)的PCB 板的特性阻抗是否滿足設(shè)計(jì)需求。一般要控制的阻抗有單根線和差分對(duì)兩種情況。所以， test coupon 上的走線線寬和線距(有差分對(duì)時(shí))要與所要控制的線一樣。最重要的是測(cè)量時(shí)接地點(diǎn)的位置。為了減少接地引線(ground lead)的電感值， TDR 探棒(probe)接地的地方通常非常接近量信號(hào)的地方(probe tip)， 所以， test coupon 上量測(cè)信號(hào)的點(diǎn)跟接地點(diǎn)的距離和方式要符合所用的探棒。

11、在高速PCB 設(shè)計(jì)中，信號(hào)層的空白區(qū)域可以敷銅，而多個(gè)信號(hào)層的敷銅在接地和接電源上應(yīng)如何分配？

一般在空白區(qū)域的敷銅絕大部分情況是接地。只是在高速信號(hào)線旁敷銅時(shí)要注意敷銅與信號(hào)線的距離， 因?yàn)樗蟮你~會(huì)降低一點(diǎn)走線的特性阻抗。也要注意不要影響到它層的特性阻抗， 例如在dual stripline 的結(jié)構(gòu)時(shí)。

12、是否可以把電源平面上面的信號(hào)線使用微帶線模型計(jì)算特性阻抗？電源和地平面之間的信號(hào)是否可以使用帶狀線模型計(jì)算？

是的， 在計(jì)算特性阻抗時(shí)電源平面跟地平面都必須視為參考平面。例如四層板: 頂層-電源層-地層-底層， 這時(shí)頂層走線特性阻抗的模型是以電源平面為參考平面的微帶線模型。

13、在高密度印制板上通過(guò)軟件自動(dòng)產(chǎn)生測(cè)試點(diǎn)一般情況下能滿足大批量生產(chǎn)的測(cè)試要求嗎？

一般軟件自動(dòng)產(chǎn)生測(cè)試點(diǎn)是否滿足測(cè)試需求必須看對(duì)加測(cè)試點(diǎn)的規(guī)范是否符合測(cè)試機(jī)具的要求。另外，如果走線太密且加測(cè)試點(diǎn)的規(guī)范比較嚴(yán)，則有可能沒(méi)辦法自動(dòng)對(duì)每段線都加上測(cè)試點(diǎn)，當(dāng)然，需要手動(dòng)補(bǔ)齊所要測(cè)試的地方。

14、添加測(cè)試點(diǎn)會(huì)不會(huì)影響高速信號(hào)的質(zhì)量？

至于會(huì)不會(huì)影響信號(hào)質(zhì)量就要看加測(cè)試點(diǎn)的方式和信號(hào)到底多快而定?；旧贤饧拥臏y(cè)試點(diǎn)(不用線上既有的穿孔(via or DIP pin)當(dāng)測(cè)試點(diǎn))可能加在線上或是從線上拉一小段線出來(lái)。前者相當(dāng)于是加上一個(gè)很小的電容在線上，后者則是多了一段分支。這兩個(gè)情況都會(huì)對(duì)高速信號(hào)多多少少會(huì)有點(diǎn)影響，影響的程度就跟信號(hào)的頻率速度和信號(hào)緣變化率(edge rate)有關(guān)。影響大小可透過(guò)仿真得知。原則上測(cè)試點(diǎn)越小越好(當(dāng)然還要滿足測(cè)試機(jī)具的要求)分支越短越好。

15、若干PCB 組成系統(tǒng)，各板之間的地線應(yīng)如何連接？

各個(gè)PCB 板子相互連接之間的信號(hào)或電源在動(dòng)作時(shí)，例如A 板子有電源或信號(hào)送到B 板子，一定會(huì)有等量的電流從地層流回到A 板子 (此為Kirchoff current law)。這地層上的電流會(huì)找阻抗最小的地方流回去。所以，在各個(gè)不管是電源或信號(hào)相互連接的接口處，分配給地層的管腳數(shù)不能太少，以降低阻抗，這樣可以降低地層上的噪聲。另外，也可以分析整個(gè)電流環(huán)路，尤其是電流較大的部分，調(diào)整地層或地線的接法，來(lái)控制電流的走法(例如，在某處制造低阻抗，讓大部分的電流從這個(gè)地方走)，降低對(duì)其它較敏感信號(hào)的影響。

16、能介紹一些國(guó)外關(guān)于高速PCB 設(shè)計(jì)的技術(shù)書(shū)籍和資料嗎？

現(xiàn)在高速數(shù)字電路的應(yīng)用有通信網(wǎng)路和計(jì)算機(jī)等相關(guān)領(lǐng)域。在通信網(wǎng)路方面，PCB 板的工作頻率已達(dá)GHz 上下，迭層數(shù)就我所知有到40 層之多。計(jì)算機(jī)相關(guān)應(yīng)用也因?yàn)樾酒倪M(jìn)步，無(wú)論是一般的PC 或服務(wù)器(Server)，板子上的最高工作頻率也已經(jīng)達(dá)到400MHz (如Rambus)以上。因應(yīng)這高速高密度走線需求，盲埋孔(blind/buried vias)、mircrovias 及build-up 制程工藝的需求也漸漸越來(lái)越多。這些設(shè)計(jì)需求都有廠商可大量生產(chǎn)。

17、兩個(gè)常被參考的特性阻抗公式：

a.微帶線(microstrip)Z={87/[sqrt(Er+1.41)]}ln[5.98H/(0.8W+T)] 其中，W 為線寬，T 為走線的銅皮厚度，H 為走線到參考平面的距離，Er 是PCB 板材質(zhì)的介電常數(shù)(dielectric constant)。此公式必須在0.1<(W/H)<2.0 及1<(Er)<15 的情況才能應(yīng)用。

b.帶狀線(stripline)Z=[60/sqrt(Er)]ln{4H/[0.67π(T+0.8W)]} 其中，H 為兩參考平面的距離，并且走線位于兩參考

平面的中間。此公式必須在W/H<0.35 及T/H<0.25 的情況才能應(yīng)用。

18、差分信號(hào)線中間可否加地線？

差分信號(hào)中間一般是不能加地線。因?yàn)椴罘中盘?hào)的應(yīng)用原理最重要的一點(diǎn)便是利用差分信號(hào)間相互耦合(coupling)所帶來(lái)的好處，如flux cancellation，抗噪聲(noise immunity)能力等。若在中間加地線，便會(huì)破壞耦合效應(yīng)。

19、剛?cè)岚逶O(shè)計(jì)是否需要專用設(shè)計(jì)軟件與規(guī)范？國(guó)內(nèi)何處可以承接該類電路板加工？

可以用一般設(shè)計(jì)PCB 的軟件來(lái)設(shè)計(jì)柔性電路板(Flexible Printed Circuit)。一樣用Gerber 格式給FPC 廠商生產(chǎn)。由于制造的工藝和一般PCB 不同，各個(gè)廠商會(huì)依據(jù)他們的制造能力會(huì)對(duì)最小線寬、最小線距、最小孔徑(via)有其限制。除此之外，可在柔性電路板的轉(zhuǎn)折處鋪些銅皮加以補(bǔ)強(qiáng)。至于生產(chǎn)的廠商可上網(wǎng)“FPC”當(dāng)關(guān)鍵詞查詢應(yīng)該可以找到。

20、適當(dāng)選擇PCB 與外殼接地的點(diǎn)的原則是什么？

選擇PCB 與外殼接地點(diǎn)選擇的原則是利用chassis ground 提供低阻抗的路徑給回流電流(returning current)及控制此回流電流的路徑。例如，通常在高頻器件或時(shí)鐘產(chǎn)生器附近可以借固定用的螺絲將PCB 的地層與chassis ground 做連接，以盡量縮小整個(gè)電流回路面積，也就減少電磁輻射。

21、電路板DEBUG 應(yīng)從那幾個(gè)方面著手？

就數(shù)字電路而言，首先先依序確定三件事情：

1. 確認(rèn)所有電源值的大小均達(dá)到設(shè)計(jì)所需。有些多重電源的系統(tǒng)可能會(huì)要求某些電源之間

起來(lái)的順序與快慢有某種規(guī)范。

2. 確認(rèn)所有時(shí)鐘信號(hào)頻率都工作正常且信號(hào)邊緣上沒(méi)有非單調(diào)(non-monotonic)的問(wèn)題。

3. 確認(rèn)reset 信號(hào)是否達(dá)到規(guī)范要求。

這些都正常的話，芯片應(yīng)該要發(fā)出第一個(gè)周期(cycle)的信號(hào)。接下來(lái)依照系統(tǒng)運(yùn)作原理與bus

protocol 來(lái)debug。

22、在電路板尺寸固定的情況下，如果設(shè)計(jì)中需要容納更多的功能，就往往需要提高PCB的走線密度，但是這樣有可能導(dǎo)致走線的相互干擾增強(qiáng)，同時(shí)走線過(guò)細(xì)也使阻抗無(wú)法降低，請(qǐng)專家介紹在高速（>100MHz）高密度PCB 設(shè)計(jì)中的技巧?

在設(shè)計(jì)高速高密度PCB 時(shí)，串?dāng)_(crosstalk interference)確實(shí)是要特別注意的，因?yàn)樗鼘?duì)時(shí)序(timing)與信號(hào)完整性(signal integrity)有很大的影響。以下提供幾個(gè)注意的地方：

1.控制走線特性阻抗的連續(xù)與匹配。

2.走線間距的大小。一般?？吹降拈g距為兩倍線寬?？梢酝高^(guò)仿真來(lái)知道走線間距對(duì)時(shí)序及信號(hào)完整性的影響，找出可容忍的最小間距。不同芯片信號(hào)的結(jié)果可能不同。

3.選擇適當(dāng)?shù)亩私臃绞健?/P>

4.避免上下相鄰兩層的走線方向相同，甚至有走線正好上下重迭在一起，因?yàn)檫@種串?dāng)_比同層相鄰走線的情形還大。

5.利用盲埋孔(blind/buried via)來(lái)增加走線面積。但是PCB 板的制作成本會(huì)增加。在實(shí)際執(zhí)行時(shí)確實(shí)很難達(dá)到完全平行與等長(zhǎng)，不過(guò)還是要盡量做到。除此以外，可以預(yù)留差分端接和共模端接，以緩和對(duì)時(shí)序與信號(hào)完整性的影響。

23、模擬電源處的濾波經(jīng)常是用LC 電路。但是為什么有時(shí)LC 比RC 濾波效果差？

LC 與RC 濾波效果的比較必須考慮所要濾掉的頻帶與電感值的選擇是否恰當(dāng)。因?yàn)殡姼械母锌?reactance)大小與電感值和頻率有關(guān)。如果電源的噪聲頻率較低，而電感值又不夠大，這時(shí)濾波效果可能不如RC。但是，使用RC 濾波要付出的代價(jià)是電阻本身會(huì)耗能，效率較差，且要注意所選電阻能承受的功率。