PCB電路板設計布線(xiàn)20問(wèn)答
作者：博維科技 時(shí)間：2021-09-17 15:06
01
Q：高頻信號布線(xiàn)時(shí)要注意哪些問(wèn)題？
A：信號線(xiàn)的阻抗匹配；與其他信號線(xiàn)的空間隔離；對于數字高頻信號，差分線(xiàn)效果會(huì )更好。
02
Q：在布板時(shí)，如果線(xiàn)密，孔就可能要多，當然就會(huì )影響板子的電氣性能，怎樣提高板子的電氣性能？
A：對于低頻信號，過(guò)孔不要緊，高頻信號盡量減少過(guò)孔。如果線(xiàn)多可以考慮多層板。
03
Q：是不是板子上加的去耦電容越多越好？
A：去耦電容需要在合適的位置加合適的值。例如，在模擬器件的供電端口就需要加，并且需要用不同的電容值去濾除不同頻率的雜散信號。
04
Q：一個(gè)好的板子它的標準是什么？
A：布局合理、電源線(xiàn)功率冗余度足夠、高頻阻抗、低頻走線(xiàn)簡(jiǎn)潔。
05
Q：通孔和盲孔對信號的差異影響有多大？應用的原則是什么？
A：采用盲孔或埋孔是提高多層板密度、減少層數和板面尺寸的有效方法，并大大減少了鍍覆通孔的數量。
但相比較而言，通孔在工藝上好實(shí)現，成本較低，所以一般設計中都使用通孔。
06
Q：在涉及模擬數字混合系統的時(shí)候，有人建議電層分割，地平面采取整片敷銅，也有人建議電地層都分割，不同的地在電源端點(diǎn)接，但是這樣對信號的回流路徑就遠了，具體應用時(shí)應如何選擇合適的方法？
A：如果有高頻>20MHz信號線(xiàn)，并且長(cháng)度和數量都比較多，那么需要至少兩層給這個(gè)模擬高頻信號。一層信號線(xiàn)，一層大面積地，并且信號線(xiàn)層需要打足夠的過(guò)孔到地。這樣的目的是：
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對于模擬信號，這提供了一個(gè)完整的傳輸介質(zhì)和阻抗匹配；
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地平面把模擬信號和其他數字信號進(jìn)行隔離；
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地回路足夠小，因為你打了很多過(guò)孔，地又是一個(gè)大平面。
07
Q：在電路板中，信號輸入插件在PCB最左邊沿，MCU在靠右邊，那么在布局時(shí)是把穩壓電源芯片放置在源靠近接插件（電源 IC輸出5V經(jīng)過(guò)一段比較長(cháng)的路徑才到達MCU），還是把電源IC放置到中間偏右（電源IC的輸出5V的線(xiàn)到達MCU就比較短，但輸入電源段線(xiàn)就經(jīng)過(guò)比較長(cháng)一段PCB板）？或是有更好的布局？
A：首先信號輸入插件是否是模擬器件？如果是模擬器件，建議電源布局應盡量不影響到模擬部分的信號完整性。因此有幾點(diǎn)需要考慮：
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首先穩壓電源芯片是否是比較干凈，紋波小的電源？模擬部分的供電，對電源的要求比較高；
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模擬部分和ＭＣＵ是否是一個(gè)電源，在高精度電路的設計中，建議把模擬部分和數字部分的電源分開(kāi)；
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對數字部分的供電需要考慮到盡量減小對模擬電路部分的影響。
08
Q：在高速信號鏈的應用中，對于多ASIC都存在模擬地和數字地，究竟是采用地分割，還是不分割地？既有準則是什么？哪種效果更好？
A：迄今為止沒(méi)有定論。一般情況下可以查閱芯片的手冊。ADI所有混合芯片的手冊中都是推薦你一種接地的方案，有些是推薦共地、有些是建議隔離地，這取決于芯片設計。
09
Q：何時(shí)要考慮線(xiàn)的等長(cháng)？如果要考慮使用等長(cháng)線(xiàn)的話(huà)，兩根信號線(xiàn)之間的長(cháng)度之差最大不能超過(guò)多少？如何計算？
A：差分線(xiàn)計算思路：如果傳一個(gè)正弦信號，長(cháng)度差等于它傳輸波長(cháng)的一半，相位差就是180度，這時(shí)兩個(gè)信號就完全抵消了。
所以這時(shí)的長(cháng)度差是最大值。以此類(lèi)推，信號線(xiàn)差值一定要小于這個(gè)值。
10
Q：高速中的蛇形走線(xiàn)，適合在哪種情況？有什么缺點(diǎn)沒(méi)？比如對于差分走線(xiàn)，又要求兩組信號是正交的。
A：蛇形走線(xiàn)，因為應用場(chǎng)合不同而具有不同的作用：
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如果蛇形走線(xiàn)在計算機板中出現，其主要起到一個(gè)濾波電感和阻抗匹配的作用，用于提高電路的抗干擾能力。計算機主機板中的蛇形走線(xiàn)，主要用在一些時(shí)鐘信號中，如PCI-Clk、AGPCIK、IDE、DIMM等信號線(xiàn)。
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若在一般普通PCB板中，除了具有濾波電感的作用外，還可作為收音機天線(xiàn)的電感線(xiàn)圈等等。如2.4G的對講機中就用作電感。
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對一些信號布線(xiàn)長(cháng)度要求必須嚴格等長(cháng)，高速數字PCB板的等線(xiàn)長(cháng)是為了使各信號的延遲差保持在一個(gè)范圍內，保證系統在同一周期內讀取的數據的有效性（延遲差超過(guò)一個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)會(huì )錯讀下一周期的數據）。
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如INTELHUB架構中的HUBLink，一共13根，使用233MHz的頻率，要求必須嚴格等長(cháng)，以消除時(shí)滯造成的隱患，繞線(xiàn)是惟一的解決辦法。
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一般要求延遲差不超過(guò)1/4時(shí)鐘周期，單位長(cháng)度的線(xiàn)延遲差也是固定的，延遲跟線(xiàn)寬、線(xiàn)長(cháng)、銅厚、板層結構有關(guān)，但線(xiàn)過(guò)長(cháng)會(huì )增大分布電容和分布電感，使信號質(zhì)量有所下降。所以時(shí)鐘 IC引腳一般都接端接，但蛇形走線(xiàn)并非起電感的作用。
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相反地，電感會(huì )使信號中的上升沿中的高次諧波相移，造成信號質(zhì)量惡化，所以要求蛇形線(xiàn)間距最少是線(xiàn)寬的兩倍。信號的上升時(shí)間越小，就越易受分布電容和分布電感的影響。
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蛇形走線(xiàn)在某些特殊的電路中起到一個(gè)分布參數的LC濾波器的作用。
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Q：在設計PCB時(shí)，如何考慮電磁兼容性EMC/EMI，具體需要考慮哪些方面？采取哪些措施？
A：EMI/EMC設計必須一開(kāi)始布局時(shí)就要考慮到器件的位置，PCB疊層的安排，重要聯(lián)機的走法， 器件的選擇等。
例如時(shí)鐘發(fā)生器的位置盡量不要靠近對外的連接器，高速信號盡量走內層并注意特性阻抗匹配與參考層的連續以減少反射，器件所推的信號之斜率（slew rate）盡量小以降低高頻成分，選擇去耦合（decoupling/bypass）電容時(shí)注意其頻率響應是否符合需求以降低電源層噪聲。
另外，注意高頻信號電流之回流路徑使其回路面積盡量?。ㄒ簿褪腔芈纷杩筶oop impedance盡量?。┮詼p少輻射。還可以用分割地層的方式以控制高頻噪聲的范圍。
最后，適當的選擇PCB與外殼的接地點(diǎn)（chassis ground）。
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Q：請問(wèn)射頻寬帶電路PCB的傳輸線(xiàn)設計有何需要注意的地方？傳輸線(xiàn)的地孔如何設置比較合適，阻抗匹配是需要自己設計還是要和PCB加工廠(chǎng)家合作？
A：這個(gè)問(wèn)題要考慮很多因素。比如PCB材料的各種參數，根據這些參數最后建立的傳輸線(xiàn)模型，器件的參數等。阻抗匹配一般要根據廠(chǎng)家提供的資料來(lái)設計。
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Q：在模擬電路和數字電路并存的時(shí)候，如一半是FPGA或單片機數字電路部分，另一半是DAC和相關(guān)放大器的模擬電路部分。各種電壓值的電源較多，遇到數模雙方電路都要用到的電壓值的電源，是否可以用共同的電源，在布線(xiàn)和磁珠布置上有什么技巧？
A：一般不建議這樣使用，這樣使用會(huì )比較復雜，也很難調試。
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Q：在進(jìn)行高速多層PCB設計時(shí)，關(guān)于電阻電容等器件的封裝的選擇的，主要依據是什么？常用哪些封裝，能否舉幾個(gè)例子。
A：0402是手機常用；0603是一般高速信號的模塊常用；依據是封裝越小寄生參數越小，當然不同廠(chǎng)家的相同封裝在高頻性能上有很大差異。建議你在關(guān)鍵的位置使用高頻專(zhuān)用元件。
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Q：一般在設計中雙面板是先走信號線(xiàn)還是先走地線(xiàn)？
A：這個(gè)要綜合考慮。在首先考慮布局的情況下，考慮走線(xiàn)。
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Q：在進(jìn)行高速多層PCB設計時(shí)，最應該注意的問(wèn)題是什么？能否做詳細說(shuō)明問(wèn)題的解決方案。
A：最應該注意的是設計，就是信號線(xiàn)、電源線(xiàn)、地、控制線(xiàn)這些你是如何劃分在每個(gè)層的。
一般的原則是模擬信號和模擬信號地至少要保證單獨的一層。電源也建議用單獨一層。
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Q：請問(wèn)具體何時(shí)用2層板，4層板，6層板？在技術(shù)上有沒(méi)有嚴格的限制（除去體積原因）？是以CPU的頻率為準還是其和外部器件數據交互的頻率為準？
A：采用多層板首先可以提供完整的地平面，另外可以提供更多的信號層，方便走線(xiàn)。
對于CPU要去控制外部存儲器件的應用，應以交互的頻率為考慮，如果頻率較高，完整的地平面是一定要保證的，此外信號線(xiàn)最好要保持等長(cháng)。
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Q：PCB布線(xiàn)對模擬信號傳輸的影響如何分析，如何區分信號傳輸過(guò)程中引入的噪聲是布線(xiàn)導致還是運放器件導致？
A：這個(gè)很難區分，只能通過(guò)PCB布線(xiàn)來(lái)盡量避免布線(xiàn)引入額外噪聲。
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Q：對高速多層PCB來(lái)說(shuō)，電源線(xiàn)、地線(xiàn)與信號線(xiàn)的線(xiàn)寬設置為多少是合適的，常用設置是怎樣的，能舉例說(shuō)明嗎？例如工作頻率在300Mhz的時(shí)候該怎么設置？
A：300MHz的信號一定要做阻抗仿真計算出線(xiàn)寬和線(xiàn)和地的距離；電源線(xiàn)需要根據電流的大小決定線(xiàn)寬，在混合信號PCB的時(shí)候一般就不用“線(xiàn)”來(lái)表示地了，而是用整個(gè)平面，這樣才能保證回路電阻最小，并且信號線(xiàn)下面有一個(gè)完整的平面。
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Q：怎樣的布局才能達到最好的散熱效果？
A：PCB中熱量的來(lái)源主要有三個(gè)方面：電子元器件的發(fā)熱；PCB本身的發(fā)熱；其它部分傳來(lái)的熱。
在這三個(gè)熱源中，元器件的發(fā)熱量最大，是主要熱源，其次是PCB板產(chǎn)生的熱，外部傳入的熱量取決于系統的總體熱設計，暫時(shí)不做考慮。
那么熱設計的目的是采取適當的措施和方法降低元器件的溫度和PCB板的溫度，使系統在合適的溫度下正常工作。主要是通過(guò)減小發(fā)熱，和加快散熱來(lái)實(shí)現。
