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PCB設(shè)計(jì)技巧:PCB布線30問

時(shí)間2014/10/17
人物Lee
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一、如何處理實(shí)際布線中的一些理論沖突的問題

  問:在實(shí)際布線中,很多理論是相互沖突的;例如: 1。處理多個(gè)模/數(shù)地的接法:理論上是應(yīng)該相互隔離的,但在實(shí)際的小型化、高密度布線中,由于空間的局限或者絕對的隔離會(huì)導(dǎo)致小信號模擬地走線過長,很難實(shí)現(xiàn)理論的接法。我的做法是:將模/數(shù)功能模塊的地分割成一個(gè)完整的孤島,該功能模塊的模/數(shù)地都連接在這一個(gè)孤島上。再通過溝道讓孤島和“大”地連接。不知這種做法是否正確?2。理論上晶振與CPU的連線應(yīng)該盡量短,由于結(jié)構(gòu)布局的原因,晶振與CPU的連線比較長、比較細(xì),因此受到了干擾,工作不穩(wěn)定,這時(shí)如何從布線解決這個(gè)問題?諸如此類的問題還有很多,尤其是高速PCB布線中考慮EMC、EMI問題,有很多沖突,很是頭痛,請問如何解決這些沖突?

  答: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 currentpath)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loopgain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(huì)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ferrite bead, 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。

  

二、在高速設(shè)計(jì)中,如何解決信號的完整性問題?差分布線方式是如何實(shí)現(xiàn)的?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?

  答: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。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。 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。


三、關(guān)于高速差分信號布線

  問:在pcb上靠近平行走高速差分信號線對的時(shí)候,在阻抗匹配的情況下,由于兩線的相互耦合,會(huì)帶來很多好處。但是有觀點(diǎn)認(rèn)為這樣會(huì)增大信號的衰減,影響傳輸距離。是不是這樣,為什么?我在一些大公司的評估板上看到高速布線有的盡量靠近且平行,而有的卻有意的使兩線距離忽遠(yuǎn)忽近,我不懂那一種效果更好。我的信號1GHz以上,阻抗為50歐姆。在用軟件計(jì)算時(shí),差分線對也是以50歐姆來計(jì)算嗎?還是以100歐姆來算?接收端差分線對之間可否加一匹配電阻?


  答:會(huì)使高頻信號能量衰減的原因一是導(dǎo)體本身的電阻特性 (conductor loss), 包括集膚效應(yīng)(skineffect), 另一是介電物質(zhì)的dielectric loss。這兩種因子在電磁理論分析傳輸線效應(yīng)(transmission line effect)時(shí), 可看出他們對信號衰減的影響程度。差分線的耦合是會(huì)影響各自的特性阻抗, 變的較小, 根據(jù)分壓原理(voltage divider)這會(huì)使信號源送到線上的電壓小一點(diǎn)。至于, 因耦合而使信號衰減的理論分析我并沒有看過, 所以我無法評論。對差分對的布線方式應(yīng)該要適當(dāng)?shù)目拷移叫?。所謂適當(dāng)?shù)目拷且?/span>...



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