告訴你怎么樣做塊好的PCB板
大家都知道理做PCB板就是把設(shè)計(jì)好的原理圖變成塊實(shí)實(shí)在在的PCB電路板,請(qǐng)別小看這過(guò)程,有很多原理上行得通的東西在工程中卻難以實(shí)現(xiàn),或是別人能實(shí)現(xiàn)的東西另些人卻實(shí)現(xiàn)不了,因此說(shuō)做塊PCB板不難,但要做好塊PCB板卻不是件的事情。
微電子領(lǐng)域的兩大難點(diǎn)在于頻信號(hào)和微弱信號(hào)的處理,在這方面PCB制作水平就顯得尤其重要,同樣的原理設(shè)計(jì),同樣的元器件,不同的人制作出來(lái)的PCB就具有不同的結(jié)果,那么如何才能做出塊好的PCB板呢?根據(jù)我們以往的經(jīng)驗(yàn),想就以下幾方面談?wù)勛约旱目捶?
:要明確設(shè)計(jì)目標(biāo)
接受到個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù),先要明確其設(shè)計(jì)目標(biāo),是普通的PCB板、頻PCB板、小信號(hào)處理PCB板還是既有頻率又有小信號(hào)處理的PCB板，如果是普通的PCB板,只要做到布局布線合理整齊,機(jī)械尺寸無(wú)誤即可,如有中負(fù)載線和長(zhǎng)線,就要采用的手段進(jìn)行處理,減輕負(fù)載,長(zhǎng)線要加強(qiáng)驅(qū)動(dòng),重點(diǎn)是防止長(zhǎng)線反射。 當(dāng)板上有過(guò)40MHz的信號(hào)線時(shí)，就要對(duì)這些信號(hào)線進(jìn)行特殊的考慮，比如線間串?dāng)_等問(wèn)題。如果頻率些，對(duì)布線的長(zhǎng)度就有嚴(yán)格的，根據(jù)分布參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)理論，速電路與其連線間的相互作用是決定因素，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)不能忽略。隨著門傳輸速度的提，在信號(hào)線上的反對(duì)將會(huì)相應(yīng)增加，相鄰信號(hào)線間的串?dāng)_將成正比地增加，通常速電路的功耗和熱耗散也都很大，在做速PCB時(shí)應(yīng)引起足夠的重視。
當(dāng)板上有毫伏甚至微伏的微弱信號(hào)時(shí)，對(duì)這些信號(hào)線就需要特別的關(guān)照，小信號(hào)由于太微弱，受到其它強(qiáng)信號(hào)的干擾，措施常常是必要的，否則將大大降低信噪比。以致于有用信號(hào)被噪聲淹沒(méi)，不能地提取出來(lái)。
對(duì)板子的調(diào)測(cè)也要在設(shè)計(jì)階段加以考慮，測(cè)試點(diǎn)的物理位置，測(cè)試點(diǎn)的等因素不可忽略，因?yàn)橛行┬⌒盘?hào)和頻信號(hào)是不能直接把探頭加上去進(jìn)行測(cè)量的。
此外還要考慮其他些相關(guān)因素，如板子層數(shù)，采用元器件的封裝外形，板子的機(jī)械強(qiáng)度等。在做PCB板子前，要做出對(duì)該設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)目標(biāo)心中有數(shù)。
二。了解所用元器件的功能對(duì)布局布線的要求
我們知道，有些特殊元器件在布局布線時(shí)有特殊的要求，比如LOTI和APH所用的模擬信號(hào)放大器，模擬信號(hào)放大器對(duì)電源要求要平穩(wěn)、紋波小。模擬小信號(hào)部分要盡量遠(yuǎn)離功率器件。在OTI板上，小信號(hào)放大部分還加有罩，把雜散的電磁干擾給掉。NTOI板上用的GLINK芯片采用的是ECL工藝，功耗大發(fā)熱厲害，對(duì)散熱問(wèn)題必須在布局時(shí)就必須進(jìn)行特殊考慮，若采用自然散熱，就要把GLINK芯片放在空氣流通比較順暢的地方，而且散出來(lái)的熱量還不能對(duì)其它芯片構(gòu)成大的影響。如果板子上裝有喇叭或其他大功率的器件，有可能對(duì)電源造成嚴(yán)重的污染這點(diǎn)也應(yīng)引起足夠的重視.
三. 元器件布局的考慮
元器件的布局先要考慮的個(gè)因素就是電能，把連線關(guān)系密切的元器件盡量放在起，尤其對(duì)些速線，布局時(shí)就要使它盡可能地短，功率信號(hào)和小信號(hào)器件要分開。在電路能的前提下，還要考慮元器件擺放整齊、美觀，便于測(cè)試，板子的機(jī)械尺寸，插座的位置等也需認(rèn)真考慮。
速系統(tǒng)中的接地和互連線上的傳輸延遲時(shí)間也是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)先要考慮的因素。信號(hào)線上的傳輸時(shí)間對(duì)總的系統(tǒng)速度影響很大，特別是對(duì)速的ECL電路，雖然集成電路塊本身速度很，但由于在底板上用普通的互連線（每30cm線長(zhǎng)約有2ns的延遲量）帶來(lái)延遲時(shí)間的增加，可使系統(tǒng)速度大為降低.象移位寄存器，同步計(jì)數(shù)器這種同步工作部件放在同塊插件板上，因?yàn)榈讲煌寮迳系臅r(shí)鐘信號(hào)的傳輸延遲時(shí)間不相等，可能使移位寄存器產(chǎn)主錯(cuò)誤，若不能放在塊板上，則在同步是關(guān)鍵的地方，從公共時(shí)鐘源連到各插件板的時(shí)鐘線的長(zhǎng)度必須相等。
四，對(duì)布線的考慮
隨著OTNI和星形光纖網(wǎng)的設(shè)計(jì)完成，以后會(huì)有多的100MHz以上的具有速信號(hào)線的板子需要設(shè)計(jì)，這里將介紹速線的些基本概念。
1．傳輸線
印制電路板上的條“長(zhǎng)”的信號(hào)通路都可以視為種傳輸線。如果該線的傳輸延遲時(shí)間比信號(hào)上升時(shí)間短得多，那么信號(hào)上升期間所產(chǎn)主的反射都將被淹沒(méi)。不再呈現(xiàn)過(guò)沖、反沖和振鈴，對(duì)現(xiàn)時(shí)大多數(shù)的MOS電路來(lái)說(shuō)，由于上升時(shí)間對(duì)線傳輸延遲時(shí)間之比大得多，所以走線可長(zhǎng)以米計(jì)而無(wú)信號(hào)失真。而對(duì)于速度較快的邏輯電路，特別是速ECL
集成電路來(lái)說(shuō)，由于邊沿速度的增快，若無(wú)其它措施，走線的長(zhǎng)度必須大大縮短，以保持信號(hào)的完整。
有兩種方法能使速電路在相對(duì)長(zhǎng)的線上工作而無(wú)嚴(yán)重的波形失真，TTL對(duì)下降邊沿采用肖特基二管箝位方法，使過(guò)沖量被箝制在比地電位低個(gè)二管壓降的電平上，這就減少了后面的反沖幅度，較慢的上升邊緣允許有過(guò)沖，但它被在電平“H”狀態(tài)下電路的相對(duì)的輸出阻抗（50～80Ω）所衰減。此外，由于電平“H”狀態(tài)的抗擾度較大，使反沖問(wèn)題并不十分突出，對(duì)HCT系列的器件，若采用肖特基二管箝位和串聯(lián)電阻端接方法相結(jié)合，其改善的效果將會(huì)加明顯。
當(dāng)沿信號(hào)線有扇出時(shí)，在較的位速率和較快的邊沿速率下，上述介紹的TTL整形方法顯得有些不足。因?yàn)榫€中存在著反射波，它們?cè)谖凰俾氏聦②呌诤铣?，從而引起信?hào)嚴(yán)重失真和能力降低。因此，為了解決反射問(wèn)題，在ECL系統(tǒng)中通常使用另外種方法：線阻抗匹配法。用這種方法能使反射受到，信號(hào)的完整得到。
嚴(yán)格他說(shuō)，對(duì)于有較慢邊沿速度的常規(guī)TTL和CMOS器件來(lái)說(shuō)，傳輸線并不是十分需要的.對(duì)有較快邊沿速度的速ECL器件，傳輸線也不總是需要的。但是當(dāng)使用傳輸線時(shí)，它們具有能預(yù)測(cè)連線時(shí)延和通過(guò)阻抗匹配來(lái)反射和振蕩的優(yōu)點(diǎn)。1
決定是否采用傳輸線的基本因素有以下五個(gè)。它們是： （1）系統(tǒng)信號(hào)的沿速率， （2）連線距離 （3）容負(fù)載（扇出的多少）， （4）電阻負(fù)載（線的端接方式）； （5）允許的反沖和過(guò)沖百分比（交流抗擾度的降低程度）。
2．傳輸線的幾種類型
（1） 同軸電纜和雙絞線：它們經(jīng)常用在系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的連接。同軸電纜的特阻抗通常有50Ω和75Ω，雙絞線通常為110Ω。
（2）印制板上的微帶線
微帶線是根帶狀導(dǎo)（信號(hào)線）．與地平面之間用種電介質(zhì)開。如果線的厚度、寬度以及與地平面之間的距離是可的，則它的特阻抗也是可以的。微帶線的特阻抗Z0為：
式中：【Er為印制板介質(zhì)材料的相對(duì)介電常數(shù)
6為介電質(zhì)層的厚度
W為線的寬度
t為線的厚度
單位長(zhǎng)度微帶線的傳輸延遲時(shí)間，取決于介電常數(shù)而與線的寬度或間隔無(wú)關(guān)。
（3）印制板中的帶狀線
帶狀線是條置于兩層導(dǎo)電平面之間的電介質(zhì)中間的銅帶線。如果線的厚度和寬度、介質(zhì)的介電常數(shù)以及兩層導(dǎo)電平面間的距離是可控的，那么線的特阻抗也是可控的，帶狀線的特阻抗乙為:
式中：b是兩塊地線板間的距離
W為線的寬度
t為線的厚度
同樣，單位長(zhǎng)度帶狀線的傳輸延遲時(shí)間與線的寬度或間距是無(wú)關(guān)的；取決于所用介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。
3．端接傳輸線
在條線的接收端用個(gè)與線特阻抗相等的電阻端接，則稱該傳輸線為并聯(lián)端接線。它主要是為了獲得的電能，包括驅(qū)動(dòng)分布負(fù)載而采用的。
有時(shí)為了節(jié)省電源消耗，對(duì)端接的電阻上再串接個(gè)104電容形成交流端接電路，它能地降低直流損耗。
在驅(qū)動(dòng)器和傳輸線之間串接個(gè)電阻，而線的終端不再接端接電阻，這種端接方法稱之為串聯(lián)端接。較長(zhǎng)線上的過(guò)沖和振鈴可用串聯(lián)阻尼或串聯(lián)端接來(lái).串聯(lián)阻尼是利用個(gè)與驅(qū)動(dòng)門輸出端串聯(lián)的小電阻（般為10～75Ω）來(lái)實(shí)現(xiàn)的.這種阻尼方法適合與特阻抗來(lái)受的線相聯(lián)用（如底板布線，無(wú)地平面的電路板和大多數(shù)繞接線等。
串聯(lián)端接時(shí)串聯(lián)電阻的值與電路（驅(qū)動(dòng)門）輸出阻抗之和等于傳輸線的特阻抗.串聯(lián)聯(lián)端接線存在著只能在終端使用集總負(fù)載和傳輸延遲時(shí)間較長(zhǎng)的缺點(diǎn).但是，這可以通過(guò)使用多余串聯(lián)端接傳輸線的方法加以克服。
4．非端接傳輸線
如果線延遲時(shí)間比信號(hào)上升時(shí)間短得多，可以在不用串聯(lián)端接或并聯(lián)端接的情況下使用傳輸線，如果根非端接線的雙程延遲（信號(hào)在傳輸線上往返次的時(shí)間）比脈沖信號(hào)的上升時(shí)間短，那么由于非端接所引起的反沖大約是邏輯擺幅的15％。zui大開路線長(zhǎng)度近似為：
Lmax＜tr/2tpd
式中：tr為上升時(shí)間
tpd為單位線長(zhǎng)的傳輸延遲時(shí)間
5．幾種端接方式的比較
并聯(lián)端接線和串聯(lián)端接線都各有優(yōu)點(diǎn)，究竟用哪種，還是兩種都用，這要看設(shè)計(jì)者的愛(ài)好和系統(tǒng)的要求而定。 并聯(lián)端接線的主要優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)速度快和信號(hào)在線上傳輸完整無(wú)失真。長(zhǎng)線上的負(fù)載既不會(huì)影響驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)線的驅(qū)動(dòng)門的傳輸延遲時(shí)間，又不會(huì)影響它的信號(hào)邊沿速度，但將使信號(hào)沿該長(zhǎng)線的傳輸延遲時(shí)間增大。在驅(qū)動(dòng)大扇出時(shí)，負(fù)載可經(jīng)分支短線沿線分布，而不象串聯(lián)端接中那樣必須把負(fù)載集總在線的終端。
串聯(lián)端接方法使電路有驅(qū)動(dòng)幾條平行負(fù)載線的能力，串聯(lián)端接線由于容負(fù)載所引起的延遲時(shí)間增量約比相應(yīng)并聯(lián)端接線的大倍，而短線則因容負(fù)載使邊沿速度放慢和驅(qū)動(dòng)門延遲時(shí)間增大，但是，串聯(lián)端接線的串?dāng)_比并聯(lián)端接線的要小，其主要原因是沿串聯(lián)端接線傳送的信號(hào)幅度是二分的邏輯擺幅，因而開關(guān)電流也只有并聯(lián)端接的開關(guān)電流的半，信號(hào)能量小串?dāng)_也就小。
二PCB板的布線
做PCB時(shí)是選用雙面板還是多層板，要看zui工作頻率和電路系統(tǒng)的復(fù)雜程度以及對(duì)組裝密度的要求來(lái)決定。在時(shí)鐘頻率過(guò)200MHZ時(shí)選用多層板。如果工作頻率過(guò)350MHz，選用以聚四氟乙烯作為介質(zhì)層的印制電路板，因?yàn)樗念l衰耗要小些，寄生電容要小些，傳輸速度要快些，還由于Z0較大而省功耗，對(duì)印制電路板的走線有如下原則要求
（1）平行信號(hào)線之間要盡量留有較大的間隔，以減少串?dāng)_。如果有兩條相距較近的信號(hào)線，在兩線之間走條接地線，這樣可以起到作用。
（2） 設(shè)計(jì)信號(hào)傳輸線時(shí)要避免急拐彎，以防傳輸線特阻抗的突變而產(chǎn)生反射，要盡量設(shè)計(jì)成具有尺寸的均勻的圓弧線。
印制線的寬度可根據(jù)上述微帶線和帶狀線的特阻抗計(jì)算公式計(jì)算，印制電路板上的微帶線的特阻抗般在50～120Ω之間。要想得到大的特阻抗，線寬必須做得很窄。但很細(xì)的線條又不制作。綜合因素考慮，般選擇68Ω左右的阻抗值比較合適，因?yàn)檫x擇68Ω的特阻抗，可以在延遲時(shí)間和功耗之間達(dá)到*平衡。條50Ω的傳輸線將消耗多的功率；較大的阻抗固然可以使消耗功率減少，但會(huì)使傳輸延遲時(shí)間憎大。由于負(fù)線電容會(huì)造成傳輸延遲時(shí)間的增大和特阻抗的降低。但特阻抗很低的線段單位長(zhǎng)度的本征電容比較大，所以傳輸延遲時(shí)間及特阻抗受負(fù)載電容的影響較小。具有適當(dāng)端接的傳輸線的個(gè)重要特征是，分枝短線對(duì)線延遲時(shí)間應(yīng)沒(méi)有什么影響。當(dāng)Z0為50Ω時(shí)。分枝短線的長(zhǎng)度必須在2．5cm以內(nèi)．以免出現(xiàn)很大的振鈴。
（4）對(duì)于雙面板（或六層板中走四層線）．電路板兩面的線要互相垂直，以防止互相感應(yīng)產(chǎn)主串?dāng)_。
（5）印制板上若裝有大電流器件，如繼電器、指示燈、喇叭等，它們的地線要分開單走，以減少地線上的噪聲，這些大電流器件的地線應(yīng)連到插件板和背板上的個(gè)立的地總線上去，而且這些立的地線還應(yīng)該與整個(gè)系統(tǒng)的接地點(diǎn)相連接。
（6）如果板上有小信號(hào)放大器，則放大前的弱信號(hào)線要遠(yuǎn)離強(qiáng)信號(hào)線，而且走線要盡可能地短，如有可能還要用地線對(duì)其進(jìn)行。
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