解答PCB設(shè)計(jì)技巧疑難解析（一）

1、如何選擇PCB 板材？

選擇PCB 板材必須在滿足設(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)問題會比較重要。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(dielectric loss)會對信號衰減有很大的影響，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電磁場的干擾，也就是所謂的串?dāng)_(Crosstalk)?？捎美蟾咚傩盘柡湍M信號之間的距離，或加ground guard/shunt traces 在模擬信號旁邊。還要注意數(shù)字地對模擬地的噪聲干擾。

3、在高速設(shè)計(jì)中，如何解決信號的完整性問題？

信號完整性基本上是阻抗匹配的問題。而影響阻抗匹配的因素有信號源的架構(gòu)和輸出阻抗(output impedance)，走線的特性阻抗，負(fù)載端的特性，走線的拓樸(topology)架構(gòu)等。解決的方式是靠端接(termination)與調(diào)整走線的拓樸。

4、差分布線方式是如何實(shí)現(xiàn)的？

差分對的布線有兩點(diǎn)要注意，一是兩條線的長度要盡量一樣長，另一是兩線的間距(此間距由差分阻抗決定)要一直保持不變，也就是要保持平行。平行的方式有兩種，一為兩條線走在同一走線層(side-by-side)，一為兩條線走在上下相鄰兩層(over-under)。一般以前者side-by-side 實(shí)現(xiàn)的方式較多。

5、對于只有一個(gè)輸出端的時(shí)鐘信號線，如何實(shí)現(xiàn)差分布線？

要用差分布線一定是信號源和接收端也都是差分信號才有意義。所以對只有一個(gè)輸出端的時(shí)鐘信號是無法使用差分布線的。

6、接收端差分線對之間可否加一匹配電阻？

接收端差分線對間的匹配電阻通常會加, 其值應(yīng)等于差分阻抗的值。這樣信號品質(zhì)會好些。

7、為何差分對的布線要靠近且平行？

對差分對的布線方式應(yīng)該要適當(dāng)?shù)目拷移叫小Ｋ^適當(dāng)?shù)目拷且驗(yàn)檫@間距會影響到差分阻抗(differential impedance)的值, 此值是設(shè)計(jì)差分對的重要參數(shù)。需要平行也是因?yàn)橐３植罘肿杩沟囊恢滦浴Ｈ魞删€忽遠(yuǎn)忽近, 差分阻抗就會不一致, 就會影響信號完整性(signal integrity)及時(shí)間延遲(timingdelay)。

8、如何處理實(shí)際布線中的一些理論沖突的問題

1. 基本上, 將模/數(shù)地分割隔離是對的。要注意的是信號走線盡量不要跨過有分割的地方(moat), 還有不要讓電源和信號的回流電流路徑(returning current path)變太大。

2. 晶振是模擬的正反饋振蕩電路, 要有穩(wěn)定的振蕩信號, 必須滿足loop gain 與phase的規(guī)范,而這模擬信號的振蕩規(guī)范很容易受到干擾, 即使加ground guard traces 可能也無法完全隔離干擾。而且離的太遠(yuǎn), 地平面上的噪聲也會影響正反饋振蕩電路。所以, 一定要將晶振和芯片的距離進(jìn)可能靠近。

3. 確實(shí)高速布線與EMI 的要求有很多沖突。但基本原則是因EMI 所加的電阻電容或ferritebead, 不能造成信號的一些電氣特性不符合規(guī)范。所以, 最好先用安排走線和PCB 疊層的技巧來解決或減少EMI 的問題, 如高速信號走內(nèi)層。最后才用電阻電容或ferrite bead 的方式, 以降低對信號的傷害。

9、如何解決高速信號的手工布線和自動(dòng)布線之間的矛盾？

現(xiàn)在較強(qiáng)的布線軟件的自動(dòng)布線器大部分都有設(shè)定約束條件來控制繞線方式及過孔數(shù)目。各家EDA 公司的繞線引擎能力和約束條件的設(shè)定項(xiàng)目有時(shí)相差甚遠(yuǎn)。例如, 是否有足夠的約束條件控制蛇行線(serpentine)蜿蜒的方式, 能否控制差分對的走線間距等。這會影響到自動(dòng)布線出來的走線方式是否能符合設(shè)計(jì)者的想法。另外, 手動(dòng)調(diào)整布線的難易也與繞線引擎的能力有絕對的關(guān)系。例如, 走線的推擠能力, 過孔的推擠能力, 甚至走線對敷銅的推擠能力等等。所以, 選擇一個(gè)繞線引擎能力強(qiáng)的布線器, 才是解決之道。