超實用70個問答的高頻PCB電路設計（二）

41、怎樣通過安排疊層來減少 EMI 問題?

首先，EMI 要從系統考慮，單憑 PCB 無法解決問題。層迭對 EMI 來講，我認為主要是提供信號最短迴流路徑，減小耦合面積，抑制差模干擾。另外地層與電源層緊耦合，適當比電源層外延，對抑制共模干擾有好處。

42、為何要鋪銅?

一般鋪銅有幾個方面原因。1，EMC.對於大面積的地或電源鋪銅，會起到屏蔽作用，有些特殊地，如 PGND 起到防護作用。2，PCB 工藝要求。一般為了保證電鍍效果，或者層壓不變形，對於布線較少的PCB 板層鋪銅。3，信號完整性要求，給高頻數字信號一個完整的迴流路徑，並減少直流網路的布線。當然還有散熱，特殊器件安裝要求鋪銅等等原因。

43、在一個系統中，包含了dsp和 pld，請問布線時要注意哪些問題呢?

看你的信號速率和布線長度的比值。如果信號在傳輸在線的時延和信號變化沿時間可比的話，就要考慮信號完整性問題。另外對於多個 DSP，時 鍾，數據 信號走線拓普也會影響信號質量和時序，需要關注。

44、除 protel 工具布線外，還有其他好的工具嗎?

至於工具，除了 PROTEL，還有很多布線工具，如 MENTOR 的 WG2000,EN2000 系列和 powerpcb，Cadence 的 allegro，zuken 的 cadstar,cr5000 等，各有所長。

45、什麼是「信號迴流路徑」?

信號迴流路徑,即 return current。高速數字信號在傳輸時，信號的流向是從驅動器沿 PCB 傳輸線到負載，再由負載沿著地或電源通過最短路徑返回驅動器端。這個在地或電源上的返回信號就稱信號迴流路徑。Dr.Johson 在他的書中解釋，高頻信號傳輸，實際上是對傳輸線與直流層之間包夾的介質電容充電的過程。SI 分析的就是這個圍場的電磁特性，以及他們之間的耦合。

46、如何對接插件進行SI分析?

在 IBIS3.2 規範中，有關於接插件模型的描述。一般使用 EBD 模型。如果是特殊板，如背板，需要SPICE 模型。也可以使用多板模擬軟體(HYPERLYNX 或 IS_multiboard)，建立多板系統時，輸入接插件的分布參數，一般從接插件手冊中得到。當然這種方式會不夠精確，但只要在可接受範圍內即可。

47、請問端接的方式有哪些?

端接(terminal),也稱匹配。一般按照匹配位置分有源端匹配和終端匹配。其中源端匹配一般為電阻串聯匹配，終端匹配一般為並聯匹配，方式比較多，有電阻上拉，電阻下拉，戴維南匹配，AC 匹配，肖特基二極體匹配。

48、採用端接(匹配)的方式是由什麼因素決定的?

匹配採用方式一般由 BUFFER 特性，拓普情況，電平種類和判決方式來決定，也要考慮信號占空比，系統功耗等。

49、採用端接(匹配)的方式有什麼規則?

數字電路最關鍵的是時序問題，加匹配的目的是改善信號質量，在判決時刻得到可以確定的信號。對於電平有效信號，在保證建立、保持時間的前提下，信號質量穩定;對延有效信號，在保證信號延單調性前提下，信號變化延速度滿足要求。Mentor ICX 產品教材中有關於匹配的一些資料。另外《High Speed Digital design a hand book of blackmagic》有一章專門對 terminal 的講述，從電磁波原理上講述匹配對信號完整性的作用，可供參考。

50、能否利用器件的 IBIS 模型對器件的邏輯功能進行模擬?如果不能，那麼如何進行電路的板級和系統級模擬?

IBIS 模型是行為級模型，不能用於功能模擬。功能模擬，需要用 SPICE 模型，或者其他結構級模型。

51、在數字和模擬並存的系統中，有 2 種處理方法，一個是數字地和模擬地分開，比如在地層，數字地是獨立地一塊，模擬地獨立一塊，單點用銅皮或 FB 磁珠連接，而電源不分開;另一種是模擬電源和數字電源分開用 FB 連接，而地是統一地地。請問李先生，這兩種方法效果是否一樣?

應該說從原理上講是一樣的。因為電源和地對高頻信號是等效的。

區分模擬和數字部分的目的是為了抗干擾，主要是數字電路對模擬電路的干擾。但是，分割可能造成信號迴流路徑不完整，影響數字信號的信號質量，影響系統 EMC 質量。因此，無論分割哪個平面，要看這樣作，信號迴流路徑是否被增大，迴流信號對正常工作信號干擾有多大。現在也有一些混合設計，不分電源和地，在布局時，按照數字部分、模擬部分分開布局布線，避免出現跨區信號。

52、安規問題：FCC、EMC 的具體含義是什麼?

FCC: federal communication commission 美國通信委員會

EMC: electro megnetic compatibility 電磁兼容

FCC 是個標準組織，EMC 是一個標準。標準頒布都有相應的原因，標準和測試方法。

53、何謂差分布線?

差分信號，有些也稱差動信號，用兩根完全一樣，極性相反的信號傳輸一路數據，依靠兩根信號電平差進行判決。為了保證兩根信號完全一致，在布線時要保持並行，線寬、線間距保持不變。

54、PCB 模擬軟體有哪些?

仿 真 的種類很多， 高 速 數 字電 路 信 號 完 整 性 分 析 仿 真 分析(SI) 常 用 軟 件有icx,signalvision,hyperlynx,XTK,speectraquest 等。有些也用 Hspice。

55、PCB 模擬軟體是如何進行 LAYOUT 模擬的?

高速數字電路中，為了提高信號質量，降低布線難度，一般採用多層板，分配專門的電源層，地層。

56、在布局、布線中如何處理才能保證 50M 以上信號的穩定性?

高速數字信號布線，關鍵是減小傳輸線對信號質量的影響。因此，100M 以上的高速信號布局時要求信號走線盡量短。數字電路中，高速信號是用信號上升延時間來界定的。而 且 ，不 同種類的信號(如 TTL,GTL,LVTTL)，確保信號質量的方法不一樣。

57、室外單元的射頻部分，中頻部分，乃至對室外單元進行監控的低頻電路部分往往採用部署在同一 PCB 上，請問對這樣的 PCB 在材質上有何要求?如何防止射頻，中頻乃至低頻電路互相之間的干擾?

混合電路設計是一個很大的問題。很難有一個完美的解決方案。

一般射頻電路在系統中都作為一個獨立的單板進行布局布線，甚至會有專門的屏蔽腔體。而且射頻電路一般為單面或雙面板，電路較為簡單，所有這些都是為了減少對射頻電路分布參數的影響，提高射頻系統的一致性。相對於一般的 FR4 材質，射頻電路板傾向與採用高Q值的基材，這種材料的介電常數比較小，傳輸線分布電容較小，阻抗高，信號傳輸時延小。在混合電路設計中，雖然射頻，數字電路做在同一塊 PCB 上，但一般都分成射頻電路區和數字電路區，分別布局布線。之間用接地過孔帶和屏蔽盒屏蔽。

58、對於射頻部分，中頻部分和低頻電路部分部署在同一 PCB 上，mentor 有什麼解決方案?

Mentor 的板級系統設計軟體，除了基本的電路設計功能外，還有專門的 RF 設計模塊。在RF原理圖設計模塊中，提供參數化的器件模型，並且提供和 EESOFT 等射頻電路分析模擬工具的雙向介面;在 RF LAYOUT 模塊中，提供專門用於射頻電路布局布線的圖案編輯功能，也有和 EESOFT 等射頻電路分析模擬工具的雙向介面，對於分析模擬後的結果可以反標回原理圖和 PCB。同時，利用 Mentor 軟體的設計管理功能，可以方便的實現設計復用，設計派生，和協同設計。大大加速混合電路設計進程。手機板是典型的混合電路設計，很多大型手機設計製造商都利用 Mentor 加安杰倫的 eesoft 作為設計平台。

59、Mentor 的產品結構如何?

Mentor Graphics 的 PCB 工具有 WG(原 veribest)系列和 Enterprise(boardstation)系列。

60、Mentor 的 PCB 設計軟體對 BGA、PGA、COB 等封裝是如何支持的?

Mentor 的 autoactive RE 由收購得來的 veribest 發展而來，是業界第一個無網格，任意角度布線器。眾所周知，對於球柵數組，COB 器件，無網格，任意角度布線器是解決布通率的關鍵。在最新的autoactive RE 中，新增添了推擠過孔，銅箔，REROUTE 等功能，使它應用更方便。另外，他支持高速布線，包括有時延要求信號布線和差分對布線。

61、Mentor 的 PCB 設計軟體對差分線隊的處理又如何?

Mentor 軟體在定義好差分對屬性後，兩根差分對可以一起走線，嚴格保證差分對線寬，間距和長度差，遇到障礙可以自動分開，在換層時可以選擇過孔方式。

62、在一塊 12 層 PCb 板上，有三個電源層 2.2v，3.3v,5v，將三個電源各作在一層，地線該如何處理?

一般說來，三個電源分別做在三層，對信號質量比較好。因為不大可能出現信號跨平面層分割現象。跨分割是影響信號質量很關鍵的一個因素，而模擬軟體一般都忽略了它。對於電源層和地層，對高頻信號來說都是等效的。在實 際 中，除了考慮信號質量外，電 源 平 面 耦 合 ( 利 用相鄰地平面降低電源平面交流阻抗)，層迭對稱，都是需要考慮的因素。

63、PCB 在出廠時如何檢查是否達到了設計工藝要求?

很多 PCB 廠家在 PCB 加工完成出廠前，都要經過加電的網路通斷測試，以確保所有聯線正確。同時，越來越多的廠家也採用 x 光測試，檢查蝕刻或層壓時的一些故障。對於貼片加工後的成品板，一般採用 ICT測試檢查，這需要在 PCB 設計時添加 ICT 測試點。如果出現問題，也可以通過一種特殊的 X 光檢查設備排除是否加工原因造成故障。

64、「機構的防護」是不是機殼的防護?

是的。機殼要盡量嚴密，少用或不用導電材料，儘可能接地。

65、在晶元選擇的時候是否也需要考慮晶元本身的 esd 問題?

不論是雙層板還是多層板，都應盡量增大地的面積。在選擇晶元時要考慮晶元本身的 ESD 特性，這些在晶元說明中一般都有提到，而且即使不同廠家的同一種晶元性能也會有所不同。設計時多加註意，考慮的全面一點，做出電路板的性能也會得到一定的保證。但 ESD 的問題仍然可能出現，因此機構的防護對ESD 的防護也是相當重要的。

66、在做 pcb 板的時候，為了減小干擾，地線是否應該構成閉和形式?

在做 PCB 板的時候，一般來講都要減小迴路面積，以便減少干擾，布地線的時候，也不應布成閉合形式，而是布成樹枝狀較好，還有就是要儘可能增大地的面積。

67、如果模擬器用一個電源，pcb 板用一個電源，這兩個電源的地是否應該連在一起?

如果可以採用分離電源當然較好，因為如此電源間不易產生干擾，但大部分設備是有具體要求的。既然模擬器和 PCB 板用的是兩個電源，按我的想法是不該將其共地的。

68、一個電路由幾塊 pcb 板構成，他們是否應該共地?

一個電路由幾塊 PCB 構成，多半是要求共地的，因為在一個電路中用幾個電源畢竟是不太實際的。但如果你有具體的條件，可以用不同電源當然干擾會小些。

69、設計一個手持產品，帶 LCD，外殼為金屬。測試 ESD 時，無法通過 ICE-1000-4-2 的測試，CONTACT 只能通過 1100V，AIR 可以通過 6000V。ESD 耦合測試時，水平只能可以通過 3000V，垂直可以通過 4000V 測試。CPU 主頻為 33MHZ。有什麼方法可以通過 ESD 測試?

手持產品又是金屬外殼，ESD 的問題一定比較明顯，LCD 也恐怕會出現較多的不良現象。如果沒辦法改變現有的金屬材質，則建議在機構內部加上防電材料，加強 PCB 的地，同時想辦法讓 LCD 接地。當然，如何操作要看具體情況。

70、設計一個含有 DSP，PLD 的系統，該從那些方面考慮 ESD?

就一般的系統來講，主要應考慮人體直接接觸的部分，在電路上以及機構上進行適當的保護。至於ESD 會對系統造成多大的影響，那還要依不同情況而定。乾燥的環境下，ESD 現象會比較嚴重，較敏感精細的系統，ESD 的影響也會相對明顯。雖然大的系統有時 ESD 影響並不明顯，但設計時還是要多加註意，盡量防患於未然。

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