超实用的PCB设计技巧（中篇）
品慧电子讯在电子产品盛行的当今，电子产品行业的设计都离不开PCB制图软件，而对于同一软件每个工程师在设计产品，应用该软件设计产品时都会遇到这样或是那样的技术问题。这里我们总结了，一些在用PCB设计时会出现的问题和设计技巧。希望对大家有帮助。
接着上篇：34、2G以上高频PCB设计，走线,排版,应重点注意哪些方面？
2G以上高频PCB属于射频电路设计，不在高速数字电路设计讨论范围内。而射频电路的布局（layout)和布线（routing)应该和原理图一起考虑的，因为布局布线都会造成分布效应。而且，射频电路设计一些无源器件是通过参数化定义，特殊形状铜箔实现，因此要求EDA工具能够提供参数化器件，能够编辑特殊形状铜箔。Mentor公司的boardstation中有专门的RF设计模块，能够满足这些要求。而且，一般射频设计要求有专门射频电路分析工具，业界最著名的是agilent的eesoft，和Mentor的工具有很好的接口。
35、2G以上高频PCB设计，微带的设计应遵循哪些规则?
射频微带线设计，需要用三维场分析工具提取传输线参数。所有的规则应该在这个场提取工具中规定。
36、对于全数字信号的PCB，板上有一个80MHz的钟源。除了采用丝网（接地）外，为了保证有足够的驱动能力，还应该采用什么样的电路进行保护？
确保时钟的驱动能力，不应该通过保护实现，一般采用时钟驱动芯片。一般担心时钟驱动能力，是因为多个时钟负载造成。采用时钟驱动芯片，将一个时钟信号变成几个，采用点到点的连接。选择驱动芯片，除了保证与负载基本匹配，信号沿满足要求（一般时钟为沿有效信号），在计算系统时序时，要算上时钟在驱动芯片内时延。
37、如果用单独的时钟信号板，一般采用什么样的接口，来保证时钟信号的传输受到的影响小？
时钟信号越短，传输线效应越小。采用单独的时钟信号板，会增加信号布线长度。而且单板的接地供电也是问题。如果要长距离传输，建议采用差分信号。LVDS信号可以满足驱动能力要求，不过您的时钟不是太快，没有必要的。
38、27M,SDRAM时钟线（80M-90M），这些时钟线二三次谐波刚好在VHF波段，从接收端高频窜入后干扰很大。除了缩短线长以外，还有那些好办法？
如果是三次谐波大，二次谐波小，可能因为信号占空比为50%，因为这种情况下，信号没有偶次谐波。这时需要修改一下信号占空比。此外，对于如果是单向的时钟信号，一般采用源端串联匹配。这样可以抑制二次反射，但不会影响时钟沿速率。源端匹配值，可以采用下图公式得到。
39、什么是走线的拓扑架构？
Topology,有的也叫routing order.对于多端口连接的网络的布线次序。
40、怎样调整走线的拓扑架构来提高信号的完整性？
这种网络信号方向比较复杂，因为对单向，双向信号，不同电平种类信号，拓朴影响都不一样，很难说哪种拓朴对信号质量有利。而且作前仿真时，采用何种拓朴对工程师要求很高，要求对电路原理，信号类型，甚至布线难度等都要了解。
41、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。
42、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。
43、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。
44、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。
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- 第一页：2G以上高频PCB设计，走线,排版,应重点注意哪些方面
- 第二页：什么是“信号回流路径”
- 第三页：PCB仿真软件是如何进行LAYOUT仿真的
45、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。
46、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。
47、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。
48、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。
49、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。Mentor ICX产品教材中有关于匹配的一些资料。另外《High Speed Digital design a hand book of blackmagic》有一章专门对terminal的讲述，从电磁波原理上讲述匹配对信号完整性的作用，可供参考。
50、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。
51、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，而地是统一地地。请问李先生，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。
52、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。
53、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。
54、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。
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- 第三页：PCB仿真软件是如何进行LAYOUT仿真的
55、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。
56、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。
57、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。
58、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。
59、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。
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。
70、PCB设计中，如何避免串扰？
变化的信号（例如阶跃信号）沿传输线由A到B传播，传输线C-D上会产生耦合信号，变化的信号一旦结束也就是信号恢复到稳定的直流电平时，耦合信号也就不存在了，因此串扰仅发生在信号跳变的过程当中，并且信号沿的变化（转换率）越快，产生的串扰也就越大。空间中耦合的电磁场可以提取为无数耦合电容和耦合电感的集合，其中由耦合电容产生的串扰信号在受害网络上可以分成前向串扰和反向串扰Sc，这个两个信号极性相同；由耦合电感产生的串扰信号也分成前向串扰和反向串扰SL，这两个信号极性相反。耦合电感电容产生的前向串扰和反向串扰同时存在，并且大小几乎相等，这样，在受害网络上的前向串扰信号由于极性相反，相互抵消，反向串扰极性相同，叠加增强。串扰分析的模式通常包括默认模式，三态模式和最坏情况模式分析。默认模式类似我们实际对串扰测试的方式，即侵害网络驱动器由翻转信号驱动，受害网络驱动器保持初始状态（高电平或低电平），然后计算串扰值。这种方式对于单向信号的串扰分析比较有效。三态模式是指侵害网络驱动器由翻转信号驱动，受害的网络的三态终端置为高阻状态，来检测串扰大小。这种方式对双向或复杂拓朴网络比较有效。最坏情况分析是指将受害网络的驱动器保持初始状态，仿真器计算所有默认侵害网络对每一个受害网络的串扰的总和。这种方式一般只对个别关键网络进行分析，因为要计算的组合太多，仿真速度比较慢。
未完待续，敬请关注（下篇）。
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