PCB设计常见问题104个解答（三） 电源

我是MT

本文续PCB设计常见问题104个解答(二)
　　40、怎样通过安排迭层来减少EMI问题?
　　首先，EMI要从系统考虑，单凭PCB无法解决问题。
　　层叠对EMI来讲，我认为主要是提供信号最短回流路径，减小耦合面积，抑制差模干扰。另外地层与电源层紧耦合，适当比电源层外延，对抑制共模干扰有好处。
　　41、为何要铺铜?
　　一般铺铜有几个方面原因。
　　1，EMC.对于大面积的地或电源铺铜，会起到屏蔽作用，有些特殊地，如PGND起到防护作用。
　　2，PCB工艺要求。一般为了保证电镀效果，或者层压不变形，对于布线较少的PCB板层铺铜。
　　3，信号完整性要求，给高频数字信号一个完整的回流路径，并减少直流网络的布线。当然还有散热，特殊器件安装要求铺铜等等原因。
　　42、在一个系统中，包含了dsp和pld，请问布线时要注意哪些问题呢?
　　看你的信号速率和布线长度的比值。如果信号在传输线上的时延和信号变化沿时间可比的话，就要考虑信号完整性问题。另外对于多个DSP，时钟，数据信号走线拓普也会影响信号质量和时序，需要关注。
　　43、除protel工具布线外，还有其他好的工具吗?
　　至于工具，除了PROTEL，还有很多布线工具，如MENTOR的WG2000,EN2000系列和powerpcb，Cadence的allegro，zuken的cadstar,cr5000等，各有所长。
　　44、什么是“信号回流路径”?
　　信号回流路径,即return current。高速数字信号在传输时，信号的流向是从驱动器沿PCB传输线到负载，再由负载沿着地或电源通过最短路径返回驱动器端。这个在地或电源上的返回信号就称信号回流路径。Dr.Johson在他的书中解释，高频信号传输，实际上是对传输线与直流层之间包夹的介质电容充电的过程。SI分析的就是这个围场的电磁特性，以及他们之间的耦合。
　　45、如何对接插件进行SI分析?
　　在IBIS3.2规范中，有关于接插件模型的描述。一般使用EBD模型。如果是特殊板，如背板，需要SPICE模型。也可以使用多板仿真软件(HYPERLYNX或IS_multiboard)，建立多板系统时，输入接插件的分布参数，一般从接插件手册中得到。当然这种方式会不够精确，但只要在可接受范围内即可。
　　46、请问端接的方式有哪些?
　　端接(terminal),也称匹配。一般按照匹配位置分有源端匹配和终端匹配。其中源端匹配一般为电阻串联匹配，终端匹配一般为并联匹配，方式比较多，有电阻上拉，电阻下拉，戴维南匹配，AC匹配，肖特基二极管匹配。
　　47、采用端接(匹配)的方式是由什么因素决定的?
　　匹配采用方式一般由BUFFER特性，拓普情况，电平种类和判决方式来决定，也要考虑信号占空比，系统功耗等。
　　48、采用端接(匹配)的方式有什么规则?
　　数字电路最关键的是时序问题，加匹配的目的是改善信号质量，在判决时刻得到可以确定的信号。对于电平有效信号，在保证建立、保持时间的前提下，信号质量稳定;对延有效信号，在保证信号延单调性前提下，信号变化延速度满足要求。
　　49、能否利用器件的IBIS模型对器件的逻辑功能进行仿真?如果不能，那么如何进行电路的板级和系统级仿真?
　　IBIS模型是行为级模型，不能用于功能仿真。功能仿真，需要用SPICE模型，或者其他结构级模型。
　　50、在数字和模拟并存的系统中，有2种处理方法，一个是数字地和模拟地分开，比如在地层，数字地是独立地一块，模拟地独立一块，单点用铜皮或FB磁珠连接，而电源不分开;另一种是模拟电源和数字电源分开用FB连接，而地是统一地。这两种方法效果是否一样?
　　应该说从原理上讲是一样的。因为电源和地对高频信号是等效的。
　　区分模拟和数字部分的目的是为了抗干扰，主要是数字电路对模拟电路的干扰。但是，分割可能造成信号回流路径不完整，影响数字信号的信号质量，影响系统EMC质量。因此，无论分割哪个平面，要看这样作，信号回流路径是否被增大，回流信号对正常工作信号干扰有多大。
　　现在也有一些混合设计，不分电源和地，在布局时，按照数字部分、模拟部分分开布局布线，避免出现跨区信号。
　　51、安规问题：FCC、EMC的具体含义是什么?
　　FCC: federal communication commission 美国通信委员会
　　EMC: electro megnetic compatibility 电磁兼容
　　FCC是个标准组织，EMC是一个标准。标准颁布都有相应的原因，标准和测试方法。
　　52、何谓差分布线?
　　差分信号，有些也称差动信号，用两根完全一样，极性相反的信号传输一路数据，依靠两根信号电平差进行判决。为了保证两根信号完全一致，在布线时要保持并行，线宽、线间距保持不变。
　　53、PCB仿真软件有哪些?
　　仿真的种类很多，高速数字电路信号完整性分析仿真分析(SI)常用软件有icx,signalvision,hyperlynx,XTK,speectraquest等。有些也用Hspice。
　　54、PCB仿真软件是如何进行LAYOUT仿真的?
　　高速数字电路中，为了提高信号质量，降低布线难度，一般采用多层板，分配专门的电源层，地层。
　　55、在布局、布线中如何处理才能保证50M以上信号的稳定性
　　高速数字信号布线，关键是减小传输线对信号质量的影响。因此，100M以上的高速信号布局时要求信号走线尽量短。
　　数字电路中，高速信号是用信号上升延时间来界定的。而且，不同种类的信号(如TTL,GTL,LVTTL)，确保信号质量的方法不一样。
　　56、室外单元的射频部分，中频部分，乃至对室外单元进行监控的低频电路部分往往采用部署在同一PCB上，请问对这样的PCB在材质上有何要求?如何防止射频，中频乃至低频电路互相之间的干扰?
　　混合电路设计是一个很大的问题。很难有一个完美的解决方案。
　　一般射频电路在系统中都作为一个独立的单板进行布局布线，甚至会有专门的屏蔽腔体。而且射频电路一般为单面或双面板，电路较为简单，所有这些都是为了减少对射频电路分布参数的影响，提高射频系统的一致性。相对于一般的FR4材质，射频电路板倾向与采用高Q值的基材，这种材料的介电常数比较小，传输线分布电容较小，阻抗高，信号传输时延小。
　　在混合电路设计中，虽然射频，数字电路做在同一块PCB上，但一般都分成射频电路区和数字电路区，分别布局布线。之间用接地过孔带和屏蔽盒屏蔽。
　　57、对于射频部分，中频部分和低频电路部分部署在同一PCB上，mentor有什么解决方案?

Mentor的板级系统设计软件，除了基本的电路设计功能外，还有专门的RF设计模块。在RF原理图设计模块中，提供参数化的器件模型，并且提供和EESOFT等射频电路分析仿真工具的双向接口;在RF LAYOUT模块中，提供专门用于射频电路布局布线的图案编辑功能，也有和EESOFT等射频电路分析仿真工具的双向接口，对于分析仿真后的结果可以反标回原理图和PCB。同时，利用Mentor软件的设计管理功能，可以方便的实现设计复用，设计派生，和协同设计。大大加速混合电路设计进程。
　　手机板是典型的混合电路设计，很多大型手机设计制造商都利用Mentor加安杰伦的eesoft作为设计平台。
　　58、mentor的产品结构如何?
　　Mentor Graphics的PCB工具有WG(原veribest)系列和Enterprise(boardstation)系列。
　　59、Mentor的PCB设计软件对BGA、PGA、COB等封装是如何支持的?
　　Mentor的autoactive RE由收购得来的veribest发展而来，是业界第一个无网格，任意角度布线器。
　　众所周知，对于球栅阵列，COB器件，无网格，任意角度布线器是解决布通率的关键。
　　在最新的autoactive RE中，新增添了推挤过孔，铜箔，REROUTE等功能，使它应用更方便。另外，他支持高速布线，包括有时延要求信号布线和差分对布线。
　　60、Mentor的PCB设计软件对差分线队的处理又如何?
　　Mentor软件在定义好差分对属性后，两根差分对可以一起走线，严格保证差分对线宽，间距和长度差，遇到障碍可以自动分开，在换层时可以选择过孔方式。
　　61、在一块12层PCb板上，有三个电源层2.2v，3.3v,5v，将三个电源各作在一层，地线该如何处理?
　　一般说来，三个电源分别做在三层，对信号质量比较好。因为不大可能出现信号跨平面层分割现象。跨分割是影响信号质量很关键的一个因素，而仿真软件一般都忽略了它。
　　对于电源层和地层，对高频信号来说都是等效的。在实际中，除了考虑信号质量外，电源平面耦合(利用相邻地平面降低电源平面交流阻抗)，层叠对称，都是需要考虑的因素。
　　62、PCB在出厂时如何检查是否达到了设计工艺要求?
　　很多PCB厂家在PCB加工完成出厂前，都要经过加电的网络通断测试，以确保所有联线正确。同时，越来越多的厂家也采用x光测试，检查蚀刻或层压时的一些故障。
　　对于贴片加工后的成品板，一般采用ICT测试检查，这需要在PCB设计时添加ICT测试点。如果出现问题，也可以通过一种特殊的X光检查设备排除是否加工原因造成故障。
　　63、“机构的防护”是不是机壳的防护?
　　是的。机壳要尽量严密，少用或不用导电材料，尽可能接地。
　　64、在芯片选择的时候是否也需要考虑芯片本身的esd问题?
　　不论是双层板还是多层板，都应尽量增大地的面积。在选择芯片时要考虑芯片本身的ESD特性，这些在芯片说明中一般都有提到，而且即使不同厂家的同一种芯片性能也会有所不同。设计时多加注意，考虑的全面一点，做出电路板的性能也会得到一定的保证。但ESD的问题仍然可能出现，因此机构的防护对ESD的防护也是相当重要的。
　　65、在做pcb板的时候，为了减小干扰，地线是否应该构成闭和形式?
　　在做PCB板的时候，一般来讲都要减小回路面积，以便减少干扰，布地线的时候，也不 应布成闭合形式，而是布成树枝状较好，还有就是要尽可能增大地的面积。
　　66、如果仿真器用一个电源，pcb板用一个电源，这两个电源的地是否应该连在一起?
　　如果可以采用分离电源当然较好，因为如此电源间不易产生干扰，但大部分设备是有具体要求的。既然仿真器和PCB板用的是两个电源，按我的想法是不该将其共地的。
　　67、一个电路由几块pcb板构成，他们是否应该共地?
　　一个电路由几块PCB构成，多半是要求共地的，因为在一个电路中用几个电源毕竟是不太实际的。但如果你有具体的条件，可以用不同电源当然干扰会小些。
　　68、设计一个手持产品，带LCD，外壳为金属。测试ESD时，无法通过ICE-1000-4-2的测试，CONTACT只能通过1100V，AIR可以通过6000V。ESD耦合测试时，水平只能可以通过3000V，垂直可以通过4000V测试。CPU主频为33MHZ。有什么方法可以通过ESD测试?
　　手持产品又是金属外壳，ESD的问题一定比较明显，LCD也恐怕会出现较多的不良现象。如果没办法改变现有的金属材质，则建议在机构内部加上防电材料，加强PCB的地，同时想办法让LCD接地。当然，如何操作要看具体情况。
　　69、设计一个含有DSP，PLD的系统，该从那些方面考虑ESD?
　　就一般的系统来讲，主要应考虑人体直接接触的部分，在电路上以及机构上进行适当的保护。至于ESD会对系统造成多大的影响，那还要依不同情况而定。干燥的环境下，ESD现象会比较严重，较敏感精细的系统，ESD的影响也会相对明显。虽然大的系统有时ESD影响并不明显，但设计时还是要多加注意，尽量防患于未然。
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