PCB设计和生产流程知识模板.doc
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1、PCB Layout中走线策略布线(Layout)是PCB设计工程师最基础工作技能之一。走线好坏将直接影响到整个系统性能,大多数高速设计理论也要最终经过Layout得以实现并验证,由此可见,布线在高速PCB设计中是至关关键。下面将针对实际布线中可能碰到部分情况,分析其合理性,并给出部分比较优化走线策略。关键从直角走线,差分走线,蛇形线等三个方面来叙述。1 直角走线直角走线通常是PCB布线中要求尽可能避免情况,也几乎成为衡量布线好坏标准之一,那么直角走线到底会对信号传输产生多大影响呢?从原理上说,直角走线会使传输线线宽发生改变,造成阻抗不连续。其实不光是直角走线,顿角,锐角走线全部可能会造成阻抗
2、改变情况。直角走线对信号影响就是关键表现在三个方面:一是拐角能够等效为传输线上容性负载,减缓上升时间;二是阻抗不连续会造成信号反射;三是直角尖端产生EMI。传输线直角带来寄生电容能够由下面这个经验公式来计算:C=61W(Er)size=11/2/size/Z0 在上式中,C就是指拐角等效电容(单位:pF),W指走线宽度(单位:inch),r指介质介电常数,Z0就是传输线特征阻抗。举个例子,对于一个4Mils50欧姆传输线(r为4.3)来说,一个直角带来电容量大约为0.0101pF,进而能够估算由此引发上升时间改变量:T10-90%=2.2*C*Z0/2 = 2.2*0.0101*50/2 =
3、0.556ps经过计算能够看出,直角走线带来电容效应是极其微小。 因为直角走线线宽增加,该处阻抗将减小,于是会产生一定信号反射现象,我们能够依据传输线章节中提到阻抗计算公式来算出线宽增加后等效阻抗,然后依据经验公式计算反射系数:=(Zs-Z0)/(Zs+Z0),通常直角走线造成阻抗改变在7%-20%之间,所以反射系数最大为0.1左右。而且,从下图能够看到,在W/2线长时间内传输线阻抗改变到最小,再经过W/2时间又恢复到正常阻抗,整个发生阻抗改变时间极短,往往在10ps之内,这么快而且微小改变对通常信号传输来说几乎是能够忽略。大家对直角走线全部有这么了解,认为尖端轻易发射或接收电磁波,产生EMI
4、,这也成为很多人认为不能直角走线理由之一。然而很多实际测试结果显示,直角走线并不会比直线产生很显著EMI。可能现在仪器性能,测试水平制约了测试正确性,但最少说明了一个问题,直角走线辐射已经小于仪器本身测量误差。总说来,直角走线并不是想象中那么可怕。最少在GHz以下应用中,其产生任何诸如电容,反射,EMI等效应在TDR测试中几乎表现不出来,高速PCB设计工程师关键还是应该放在布局,电源/地设计,走线设计,过孔等其它方面。当然,尽管直角走线带来影响不是很严重,但并不是说我们以后全部能够走直角线,注意细节是每个优异工程师必备基础素质,而且,伴随数字电路飞速发展,PCB工程师处理信号频率也会不停提升,
5、到10GHz以上RF设计领域,这些小小直角全部可能成为高速问题关键对象。2 差分走线差分信号(Differential Signal)在高速电路设计中应用越来越广泛,电路中最关键信号往往全部要采取差分结构设计,什么另它这么倍受青睐呢?在PCB设计中又怎样能确保其良好性能呢?带着这两个问题,我们进行下一部分讨论。何为差分信号?通俗地说,就是驱动端发送两个等值、反相信号,接收端经过比较这两个电压差值来判定逻辑状态“0”还是“1”。而承载差分信号那一对走线就称为差分走线。差分信号和一般单端信号走线相比,最显著优势表现在以下三个方面:a.抗干扰能力强,因为两根差分走线之间耦合很好,当外界存在噪声干扰时
6、,几乎是同时被耦合到两条线上,而接收端关心只是两信号差值,因另外界共模噪声能够被完全抵消。b.能有效抑制EMI,一样道理,因为两根信号极性相反,她们对外辐射电磁场能够相互抵消,耦合越紧密,泄放到外界电磁能量越少。c.时序定位正确,因为差分信号开关改变是在两个信号交点,而不像一般单端信号依靠高低两个阈值电压判定,所以受工艺,温度影响小,能降低时序上误差,同时也更适合于低幅度信号电路。现在流行LVDS(low voltage differential signaling)就是指这种小振幅差分信号技术。 于PCB工程师来说,最关注还是怎样确保在实际走线中能完全发挥差分走线这些优势。可能只要是接触过L
7、ayout人全部会了解差分走线通常要求,那就是“等长、等距”。等长是为了确保两个差分信号时刻保持相反极性,降低共模分量;等距则关键是为了确保二者差分阻抗一致,降低反射。“尽可能靠近标准”有时候也是差分走线要求之一。但全部这些规则全部不是用来生搬硬套,不少工程师似乎还不了解高速差分信号传输本质。下面关键讨论一下PCB差分信号设计中多个常见误区。误区一:认为差分信号不需要地平面作为回流路径,或认为差分走线相互为对方提供回流路径。造成这种误区原因是被表面现象迷惑,或对高速信号传输机理认识还不够深入。从图1-8-15接收端结构能够看到,晶体管Q3,Q4发射极电流是等值,反向,她们在接地处电流恰好相互抵
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