PCB板的行業(yè)需求有哪些 高頻、高速PCB板設(shè)計技巧

PCB板的行業(yè)需求

高密度細線化的需求

PCB全都向高密度細線化發(fā)展，HDI板尤為突出。在十年前IPC為HDI板下的定義是線寬/線距(L/S)是0.1mm/0.1mm及以下，現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)基本做到常規(guī)L/S為60μm，先進的L/S為40μm。日本的2013年版安裝技術(shù)路線圖數(shù)據(jù)是2014年HDI板常規(guī)L/S為50μm，先進的L/S為35μm，試制性的L/S為20μm。

對銅箔的需求

PCB線路圖形形成，傳統(tǒng)的是銅箔基板上光致成像后化學(xué)蝕刻工藝(減成法)，減成法制作精細線路的限度最小約在30μm，并且需要用薄銅箔(912μm)基板。由于薄銅箔CCL價格高，及薄銅箔層壓缺陷多，較多工廠產(chǎn)生18μm銅箔然后生產(chǎn)中采取蝕刻減薄銅層。這種做法工序多、厚度控制難、成本高，還是希望用薄銅箔為好。還有，PCB線路L/S小于20μm情況下，一般薄銅箔也難以勝任，需要用到超薄銅箔(35μm)基板和附于載體的超薄銅箔。

當(dāng)前精細線路對銅箔要求除了厚度更薄外，同時需要銅箔表面低粗糙度。通常為提高銅箔與基材的結(jié)合力，確保導(dǎo)體抗剝強度，都采取銅箔層粗化處理，常規(guī)的銅箔粗糙度大于5μm。銅箔粗糙的凸峰嵌入基材是提高了抗剝離性，但在線路蝕刻時為控制導(dǎo)線精度不至過蝕刻，容易有嵌入基材凸峰殘留，造成線路間短路或絕緣性下降，對精細線路尤為嚴重。因此需要低粗糙度(小于3μm)的銅箔，甚至更低粗糙度(1.5μm)的銅箔。

積層絕緣介質(zhì)片的需求

HDI板技術(shù)特點是積成法工藝(BuildingUpProcess)，常用的涂樹脂銅箔(RCC)，或者半固化環(huán)氧玻璃布與銅箔層壓的積層難以達到精細線路。現(xiàn)在趨于采用半加成法(SAP)或改進型半加工法(MSAP)，即采用絕緣介質(zhì)膜積層，再化學(xué)鍍銅形成銅導(dǎo)體層，因銅層極薄容易形成精細線路。

半加成法技術(shù)重點之一是積層介質(zhì)材料，為符合高密度細線路要求對積層材料提出介質(zhì)電氣性、絕緣性、耐熱性、結(jié)合力等要求，以及與HDI板工藝適應(yīng)性。目前國際上的HDI積層介質(zhì)材料主要是日本味之素公司的ABF/GX系列產(chǎn)品，以環(huán)氧樹脂搭配不同固化劑，以添加無機粉末提高材料剛性及減少CTE，也有使用玻纖布增強剛性。另有日本積水化學(xué)公司的類似薄膜積層材料，臺灣工研院也開發(fā)了此類材料。ABF材料也在不斷改進發(fā)展，新一代積層材料特別要求表面低粗化度、低熱膨脹率、低介質(zhì)損耗及薄型剛強化等。

全球半導(dǎo)體封裝中IC封裝載板由有機基板取代陶瓷基板，倒裝芯片(FC)封裝載板的節(jié)距越來越小，現(xiàn)在典型的線寬/線距為15μm，接下來會更細。多層的載板性能重點要求低介電性、低熱膨脹系數(shù)和高耐熱性，在滿足性能目標(biāo)基礎(chǔ)上追求低成本的基板。現(xiàn)在精細線路批量化生產(chǎn)基本都采用絕緣介質(zhì)積層結(jié)合壓薄銅箔的MSPA工藝。用SAP方法制造L/S小于10μm電路圖形。

PCB達到更密更薄則HDI板技術(shù)從含芯板積層發(fā)展為無芯板任意層互連積層(Anylayer)，同樣功能的任意層互連積層HDI板比含芯板積層HDI板面積和厚度可減少約25%。這些必須使用更薄的并保持電性能良好的介質(zhì)層。

高頻高速化需求

電子通信技術(shù)從有線到無線，從低頻、低速到高頻、高速?，F(xiàn)在的手機性能已進入4G并將邁向5G，就是有更快傳輸速度、更大傳輸容量。全球云計算時代到來使數(shù)據(jù)流量成倍增加，通訊設(shè)備高頻高速化是必然趨勢。PCB為適合高頻、高速傳輸?shù)男枰?a target="_blank">電路設(shè)計方面減少信號干擾與損耗，保持信號完整性，以及PCB制造保持符合設(shè)計要求外，重要的是有高性能基材。

設(shè)計工程師為解決PCB增加速度和信號完整性，主要是針對電信號損失屬性?；倪x擇的關(guān)鍵因素介電常數(shù)(Dk)與介質(zhì)損耗(Df)，當(dāng)Dk低于4與Df0.010以下為中Dk/Df級層壓板，當(dāng)Dk低于3.7與Df0.005以下為低Dk/Df級層壓板，現(xiàn)在有多種基材進入市場可供選擇。

目前較多采用的高頻電路板基材主要是氟系樹脂、聚苯醚(PPO或PPE)樹脂和改性環(huán)氧樹脂這三大類材料。氟系介質(zhì)基板，如聚四氟乙烯(PTFE)介電性能最低，通常應(yīng)用在5GHz以上。另外還有用改性環(huán)氧FR-4或PPO基材。

對高頻用覆銅板除了上述樹脂等絕緣材料性能有特殊要求外，導(dǎo)體銅的表面粗糙度(輪廓)也是影響信號傳輸損耗的一個重要因素，這是受集膚效應(yīng)(SkinEffect)的影響。集膚效應(yīng)為高頻信號傳輸時在導(dǎo)線產(chǎn)生電磁感應(yīng)，在導(dǎo)線截面中心處電感較大，使得電流或信號趨于導(dǎo)線表面集中。導(dǎo)體表層粗糙度影響到傳輸信號損失，表面光滑損失小。

在相同頻率下，銅表面粗糙度越大，信號損耗越大，所以我們在實際生產(chǎn)中盡可能控制表面銅厚的粗糙度，粗糙度在不影響結(jié)合力的情況下越小越好。特別是對10GHz以上范圍的信號。在10GHz時銅箔粗糙度需要低于1μm，使用超平面銅箔(表面粗糙度0.04μm)效果更佳。銅箔表面粗糙度還需結(jié)合適宜的氧化處理和粘合樹脂系統(tǒng)。在不久的將來，會有一種幾乎沒有輪廓的涂有樹脂的銅箔，能有更高的剝離強度并且不影響介質(zhì)損耗。

高頻、高速PCB板升級

1、如何選擇PCB 板材？

選擇PCB 板材必須在滿足設(shè)計需求和可量產(chǎn)性及成本中間取得平衡點。設(shè)計需求包含電氣和機構(gòu)這兩部分。通常在設(shè)計非常高速的 PCB 板子(大于 GHz 的頻率)時這材質(zhì)問題會比較重要。

例如，現(xiàn)在常用的 FR-4 材質(zhì)，在幾個GHz 的頻率時的介質(zhì)損耗(dielectric loss)會對信號衰減有很大的影響，可能就不合用。就電氣而言，要注意介電常數(shù)(dielectric constant)和介質(zhì)損在所設(shè)計的頻率是否合用。

2、如何避免高頻干擾？

避免高頻干擾的基本思路是盡量降低高頻信號電磁場的干擾，也就是所謂的串?dāng)_(Crosstalk)?？捎美蟾咚傩盘柡?a href="http://wenjunhu.com/analog/" target="_blank">模擬信號之間的距離，或加 ground guard/shunt traces 在模擬信號旁邊。還要注意數(shù)字地對模擬地的噪聲干擾。

3、在高速設(shè)計中，如何解決信號的完整性問題？

信號完整性基本上是阻抗匹配的問題。而影響阻抗匹配的因素有信號源的架構(gòu)和輸出阻抗(output impedance)，走線的特性阻抗，負載端的特性，走線的拓樸(topology)架構(gòu)等。解決的方式是靠端接(termination)與調(diào)整走線的拓樸。

4、差分布線方式是如何實現(xiàn)的？

差分對的布線有兩點要注意，一是兩條線的長度要盡量一樣長，另一是兩線的間距(此間距由差分阻抗決定)要一直保持不變，也就是要保持平行。平行的方式有兩種，一為兩條線走在同一走線層(side-by-side)，一為兩條線走在上下相鄰兩層(over-under)。一般以前者 side-by-side(并排， 并肩) 實現(xiàn)的方式較多。

5、對于只有一個輸出端的時鐘信號線，如何實現(xiàn)差分布線？

要用差分布線一定是信號源和接收端也都是差分信號才有意義。所以對只有一個輸出端的時鐘信號是無法使用差分布線的。

6、接收端差分線對之間可否加一匹配電阻？

接收端差分線對間的匹配電阻通常會加， 其值應(yīng)等于差分阻抗的值。這樣信號質(zhì)量會好些。

7、為何差分對的布線要靠近且平行？

對差分對的布線方式應(yīng)該要適當(dāng)?shù)目拷移叫?。所謂適當(dāng)?shù)目拷且驗檫@間距會影響到差分阻抗(differential impedance)的值， 此值是設(shè)計差分對的重要參數(shù)。需要平行也是因為要保持差分阻抗的一致性。若兩線忽遠忽近， 差分阻抗就會不一致， 就會影響信號完整性(signal integrity)及時間延遲(timing delay)。

8、如何處理實際布線中的一些理論沖突的問題

基本上， 將模/數(shù)地分割隔離是對的。要注意的是信號走線盡量不要跨過有分割的地方(moat)， 還有不要讓電源和信號的回流電流路徑(returning current path)變太大。

晶振是模擬的正反饋振蕩電路， 要有穩(wěn)定的振蕩信號， 必須滿足loop gain 與 phase 的規(guī)范， 而這模擬信號的振蕩規(guī)范很容易受到干擾， 即使加 ground guard traces 可能也無法完全隔離干擾。而且離的太遠，地平面上的噪聲也會影響正反饋振蕩電路。所以， 一定要將晶振和芯片的距離進可能靠近。

確實高速布線與 EMI 的要求有很多沖突。但基本原則是因 EMI 所加的電阻電容或 ferrite bead， 不能造成信號的一些電氣特性不符合規(guī)范。所以， 最好先用安排走線和 PCB 迭層的技巧來解決或減少 EMI的問題， 如高速信號走內(nèi)層。最后才用電阻電容或 ferrite bead 的方式， 以降低對信號的傷害。

9、如何解決高速信號的手工布線和自動布線之間的矛盾？

現(xiàn)在較強的布線軟件的自動布線器大部分都有設(shè)定約束條件來控制繞線方式及過孔數(shù)目。各家 EDA公司的繞線引擎能力和約束條件的設(shè)定項目有時相差甚遠。例如， 是否有足夠的約束條件控制蛇行線(serpentine)蜿蜒的方式， 能否控制差分對的走線間距等。

這會影響到自動布線出來的走線方式是否能符合設(shè)計者的想法。另外， 手動調(diào)整布線的難易也與繞線引擎的能力有絕對的關(guān)系。例如， 走線的推擠能力，過孔的推擠能力， 甚至走線對敷銅的推擠能力等等。所以， 選擇一個繞線引擎能力強的布線器， 才是解決之道。

10、關(guān)于 test coupon

test coupon 是用來以 TDR (Time Domain Reflectometer) 測量所生產(chǎn)的 PCB 板的特性阻抗是否滿足設(shè)計需求。一般要控制的阻抗有單根線和差分對兩種情況。所以， test coupon 上的走線線寬和線距(有差分對時)要與所要控制的線一樣。

最重要的是測量時接地點的位置。為了減少接地引線(ground lead)的電感值， TDR 探棒(probe)接地的地方通常非常接近量信號的地方(probe tip)， 所以， test coupon 上量測信號的點跟接地點的距離和方式要符合所用的探棒。

11、在高速 PCB 設(shè)計中，信號層的空白區(qū)域可以敷銅，而多個信號層的敷銅在接地和接電源上應(yīng)如何分配？

一般在空白區(qū)域的敷銅絕大部分情況是接地。只是在高速信號線旁敷銅時要注意敷銅與信號線的距離， 因為所敷的銅會降低一點走線的特性阻抗。也要注意不要影響到它層的特性阻抗， 例如在 dual strip line的結(jié)構(gòu)時。

12、是否可以把電源平面上面的信號線使用微帶線模型計算特性阻抗？電源和地平面之間的信號是否可以使用帶狀線模型計算？

是的， 在計算特性阻抗時電源平面跟地平面都必須視為參考平面。例如四層板: 頂層-電源層-地層-底層，這時頂層走線特性阻抗的模型是以電源平面為參考平面的微帶線模型。

13、在高密度印制板上通過軟件自動產(chǎn)生測試點一般情況下能滿足大批量生產(chǎn)的測試要求嗎？

一般軟件自動產(chǎn)生測試點是否滿足測試需求必須看對加測試點的規(guī)范是否符合測試機具的要求。另外，如果走線太密且加測試點的規(guī)范比較嚴，則有可能沒辦法自動對每段線都加上測試點，當(dāng)然，需要手動補齊所要測試的地方。

14、添加測試點會不會影響高速信號的質(zhì)量？

至于會不會影響信號質(zhì)量就要看加測試點的方式和信號到底多快而定?；旧贤饧拥臏y試點(不用在線既有的穿孔(via or DIP pin)當(dāng)測試點)可能加在在線或是從在線拉一小段線出來。前者相當(dāng)于是加上一個很小的電容在在線，后者則是多了一段分支。

這兩個情況都會對高速信號多多少少會有點影響，影響的程度就跟信號的頻率速度和信號緣變化率(edge rate)有關(guān)。影響大小可透過仿真得知。原則上測試點越小越好(當(dāng)然還要滿足測試機具的要求)分支越短越好。

15、若干 PCB 組成系統(tǒng)，各板之間的地線應(yīng)如何連接？

各個 PCB 板子相互連接之間的信號或電源在動作時，例如 A 板子有電源或信號送到 B 板子，一定會有等量的電流從地層流回到 A 板子 (此為 Kirchoff current law)。這地層上的電流會找阻抗最小的地方流回去。

所以，在各個不管是電源或信號相互連接的接口處，分配給地層的管腳數(shù)不能太少，以降低阻抗，這樣可以降低地層上的噪聲。另外，也可以分析整個電流環(huán)路，尤其是電流較大的部分，調(diào)整地層或地線的接法，來控制電流的走法(例如，在某處制造低阻抗，讓大部分的電流從這個地方走)，降低對其它較敏感信號的影響。

16、能介紹一些國外關(guān)于高速 PCB 設(shè)計的技術(shù)書籍和數(shù)據(jù)嗎？

現(xiàn)在高速數(shù)字電路的應(yīng)用有通信網(wǎng)路和計算器等相關(guān)領(lǐng)域。在通信網(wǎng)路方面，PCB 板的工作頻率已達 GHz 上下，疊層數(shù)就我所知有到 40 層之多。計算器相關(guān)應(yīng)用也因為芯片的進步，無論是一般的 PC 或服務(wù)器(Server)，板子上的最高工作頻率也已經(jīng)達到 400MHz (如 Rambus) 以上。

因應(yīng)這高速高密度走線需求，盲埋孔(blind/buried vias)、mircrovias 及 build-up 制程工藝的需求也漸漸越來越多。這些設(shè)計需求都有廠商可大量生產(chǎn)。

17、兩個常被參考的特性阻抗公式：

微帶線(microstrip) Z={87/[sqrt(Er+1.41)]}ln[5.98H/(0.8W+T)] 其中，W 為線寬，T 為走線的銅皮厚度，H 為走線到參考平面的距離，Er 是 PCB 板材質(zhì)的介電常數(shù)(dielectric constant)。

此公式必須在0.1<(W/H)<2.0 及 1<(Er)<15 的情況才能應(yīng)用。

帶狀線(stripline) Z=[60/sqrt(Er)]ln{4H/[0.67π(T+0.8W)]} 其中，H 為兩參考平面的距離，并且走線位于兩參考平面的中間。此公式必須在 W/H<0.35 及 T/H<0.25 的情況才能應(yīng)用。

18、差分信號線中間可否加地線？

差分信號中間一般是不能加地線。因為差分信號的應(yīng)用原理最重要的一點便是利用差分信號間相互耦合(coupling)所帶來的好處，如 flux cancellation，抗噪聲(noise immunity)能力等。若在中間加地線，便會破壞耦合效應(yīng)。

19、剛?cè)岚逶O(shè)計是否需要專用設(shè)計軟件與規(guī)范？國內(nèi)何處可以承接該類電路板加工？

可以用一般設(shè)計 PCB 的軟件來設(shè)計柔性電路板(Flexible Printed Circuit)。一樣用 Gerber 格式給 FPC廠商生產(chǎn)。由于制造的工藝和一般 PCB 不同，各個廠商會依據(jù)他們的制造能力會對最小線寬、最小線距、最小孔徑(via)有其**。除此之外，可在柔性電路板的轉(zhuǎn)折處鋪些銅皮加以補強。至于生產(chǎn)的廠商可上網(wǎng)“FPC”當(dāng)關(guān)鍵詞查詢應(yīng)該可以找到。

20、適當(dāng)選擇 PCB 與外殼接地的點的原則是什么？

選擇 PCB 與外殼接地點選擇的原則是利用 chassis ground 提供低阻抗的路徑給回流電流(returning current)及控制此回流電流的路徑。例如，通常在高頻器件或時鐘產(chǎn)生器附近可以借固定用的螺絲將 PCB的地層與 chassis ground 做連接，以盡量縮小整個電流回路面積，也就減少電磁輻射。

21、電路板 DEBUG 應(yīng)從那幾個方面著手？

就數(shù)字電路而言，首先先依序確定三件事情：

確認所有電源值的大小均達到設(shè)計所需。有些多重電源的系統(tǒng)可能會要求某些電源之間起來的順序與快慢有某種規(guī)范。

確認所有時鐘信號頻率都工作正常且信號邊緣上沒有非單調(diào)(non-monotonic)的問題。

確認 reset 信號是否達到規(guī)范要求。這些都正常的話，芯片應(yīng)該要發(fā)出第一個周期(cycle)的信號。接下來依照系統(tǒng)運作原理與 bus protocol 來 debug。

22、在電路板尺寸固定的情況下?，如果設(shè)計中需要容納更多的功能，就往往需要提高 PCB 的走線密度，但是這樣有可能導(dǎo)致走線的相互干擾增強，同時走線過細也使阻抗無法降低，請專家介紹在高速(>100MHz)高密度 PCB 設(shè)計中的技巧？

在設(shè)計高速高密度 PCB 時，串?dāng)_(crosstalk interference)確實是要特別注意的，因為它對時序(timing)與信號完整性(signal integrity)有很大的影響。以下提供幾個注意的地方：

控制走線特性阻抗的連續(xù)與匹配。

走線間距的大小。一般?？吹降拈g距為兩倍線寬?？梢酝高^仿真來知道走線間距對時序及信號完整性的影響，找出可容忍的最小間距。不同芯片信號的結(jié)果可能不同。

選擇適當(dāng)?shù)亩私臃绞健?/p>

避免上下相鄰兩層的走線方向相同，甚至有走線正好上下重疊在一起，因為這種串?dāng)_比同層相鄰走線的情形還大。

利用盲埋孔(blind/buried via)來增加走線面積。但是 PCB 板的制作成本會增加。在實際執(zhí)行時確實很難達到完全平行與等長，不過還是要盡量做到。

除此以外，可以預(yù)留差分端接和共模端接，以緩和對時序與信號完整性的影響。

23、模擬電源處的濾波經(jīng)常是用 LC 電路。但是為什么有時 LC 比 RC 濾波效果差？

LC 與 RC 濾波效果的比較必須考慮所要濾掉的頻帶與電感值的選擇是否恰當(dāng)。因為電感的感抗(reactance)大小與電感值和頻率有關(guān)。如果電源的噪聲頻率較低，而電感值又不夠大，這時濾波效果可能不如 RC。但是，使用 RC 濾波要付出的代價是電阻本身會耗能，效率較差，且要注意所選電阻能承受的功率。

24、濾波時選用電感，電容值的方法是什么？

電感值的選用除了考慮所想濾掉的噪聲頻率外，還要考慮瞬時電流的反應(yīng)能力。如 果 LC 的輸出端會有機會需要瞬間輸出大電流，則電感值太大會阻礙此大電流流經(jīng)此電感的速度，增加紋波噪聲(ripple noise)。

電容值則和所能容忍的紋波噪聲規(guī)范值的大小有關(guān)。紋波噪聲值要求越小，電容值會較大。而電容的ESR/ESL 也會有影響。另外，如果這 LC 是放在開關(guān)式電源(switching regulation power)的輸出端時，還要注意此 LC 所產(chǎn)生的極點零點(pole/zero)對負反饋控制(negative feedback control)回路穩(wěn)定度的影響。

25、如何盡可能的達到 EMC 要求，又不致造成太大的成本壓力？

PCB 板上會因 EMC 而增加的成本通常是因增加地層數(shù)目以增強屏蔽效應(yīng)及增加了 ferrite bead、choke等抑制高頻諧波器件的緣故。除此之外，通常還是需搭配其它機構(gòu)上的屏蔽結(jié)構(gòu)才能使整個系統(tǒng)通過 EMC的要求。以下僅就 PCB 板的設(shè)計技巧提供幾個降低電路產(chǎn)生的電磁輻射效應(yīng)。

盡可能選用信號斜率(slew rate)較慢的器件，以降低信號所產(chǎn)生的高頻成分。

注意高頻器件擺放的位置，不要太靠近對外的連接器。

注意高速信號的阻抗匹配，走線層及其回流電流路徑(return current path)， 以減少高頻的反射與輻射。

在各器件的電源管腳放置足夠與適當(dāng)?shù)娜ヱ詈想娙菀跃徍碗娫磳雍偷貙由系脑肼?。特別注意電容的頻率響應(yīng)與溫度的特性是否符合設(shè)計所需。

對外的連接器附近的地可與地層做適當(dāng)分割，并將連接器的地就近接到 chassis ground。

可適當(dāng)運用 ground guard/shunt traces 在一些特別高速的信號旁。但要注意 guard/shunt traces 對走線特性阻抗的影響。

電源層比地層內(nèi)縮 20H，H 為電源層與地層之間的距離。

26、當(dāng)一塊 PCB 板中有多個數(shù)/模功能塊時，常規(guī)做法是要將數(shù)/模地分開，原因何在？

將數(shù)/模地分開的原因是因為數(shù)字電路在高低電位切換時會在電源和地產(chǎn)生噪聲，噪聲的大小跟信號的速度及電流大小有關(guān)。如果地平面上不分割且由數(shù)字區(qū)域電路所產(chǎn)生的噪聲較大而模擬區(qū)域的電路又非常接近，則即使數(shù)模信號不交叉，模擬的信號依然會被地噪聲干擾。也就是說數(shù)模地不分割的方式只能在模擬電路區(qū)域距產(chǎn)生大噪聲的數(shù)字電路區(qū)域較遠時使用。

27、另一種作法是在確保數(shù)/模分開布局，且數(shù)/模信號走線相互不交叉的情況下，整個 PCB板地不做分割，數(shù)/模地都連到這個地平面上。道理何在？

數(shù)模信號走線不能交叉的要求是因為速度稍快的數(shù)字信號其返回電流路徑(return current path)會盡量沿著走線的下方附近的地流回數(shù)字信號的源頭，若數(shù)模信號走線交叉，則返回電流所產(chǎn)生的噪聲便會出現(xiàn)在模擬電路區(qū)域內(nèi)。

28、在高速 PCB 設(shè)計原理圖設(shè)計時，如何考慮阻抗匹配問題？

在設(shè)計高速 PCB 電路時，阻抗匹配是設(shè)計的要素之一。而阻抗值跟走線方式有絕對的關(guān)系，例如是走在表面層(microstrip)或內(nèi)層(stripline/double stripline)，與參考層(電源層或地層)的距離，走線寬度，PCB材質(zhì)等均會影響走線的特性阻抗值。也就是說要在布線后才能確定阻抗值。

一般仿真軟件會因線路模型或所使用的數(shù)學(xué)算法的**而無法考慮到一些阻抗不連續(xù)的布線情況，這時候在原理圖上只能預(yù)留一些terminators(端接)，如串聯(lián)電阻等，來緩和走線阻抗不連續(xù)的效應(yīng)。真正根本解決問題的方法還是布線時盡量注意避免阻抗不連續(xù)的發(fā)生。

29、哪里能提供比較準(zhǔn)確的 IBIS 模型庫？

IBIS 模型的準(zhǔn)確性直接影響到仿真的結(jié)果?；旧?IBIS 可看成是實際芯片 I/O buffer 等效電路的電氣特性數(shù)據(jù)，一般可由 SPICE 模型轉(zhuǎn)換而得 (亦可采用測量， 但**較多)，而 SPICE 的數(shù)據(jù)與芯片制造有絕對的關(guān)系，所以同樣一個器件不同芯片廠商提供，其 SPICE 的數(shù)據(jù)是不同的，進而轉(zhuǎn)換后的 IBIS 模型內(nèi)之?dāng)?shù)據(jù)也會隨之而異。

也就是說，如果用了 A 廠商的器件，只有他們有能力提供他們器件準(zhǔn)確模型數(shù)據(jù)，因為沒有其它人會比他們更清楚他們的器件是由何種工藝做出來的。如果廠商所提供的 IBIS 不準(zhǔn)確，只能不斷要求該廠商改進才是根本解決之道。

30、在高速 PCB 設(shè)計時，設(shè)計者應(yīng)該從那些方面去考慮 EMC、EMI 的規(guī)則呢？

一般 EMI/EMC 設(shè)計時需要同時考慮輻射(radiated)與傳導(dǎo)(conducted)兩個方面. 前者歸屬于頻率較高的部分(>30MHz)后者則是較低頻的部分(<30MHz). 所以不能只注意高頻而忽略低頻的部分.

一個好的EMI/EMC 設(shè)計必須一開始布局時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， 如果這些沒有事前有較佳的安排， 事后解決則會事倍功半， 增加成本.

例如時鐘產(chǎn)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(nèi)層并注意特性阻抗匹配與參考層的連續(xù)以減少反射， 器件所推的信號之斜率(slew rate)盡量小以減低高頻成分， 選擇去耦合(decoupling/bypass)電容時注意其頻率響應(yīng)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小(也就是回路阻抗loop impedance 盡量小)以減少輻射. 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(dāng)?shù)倪x擇PCB 與外殼的接地點(chassis ground)。

31、如何選擇 EDA 工具？

目前的 pcb 設(shè)計軟件中，熱分析都不是強項，所以并不建議選用，其它的功能 1.3.4 可以選擇 PADS或 Cadence 性能價格比都不錯。PLD 的設(shè)計的初學(xué)者可以采用 PLD 芯片廠家提供的集成環(huán)境，在做到百萬門以上的設(shè)計時可以選用單點工具。

32、請推薦一種適合于高速信號處理和傳輸?shù)?EDA 軟件

常規(guī)的電路設(shè)計，INNOVEDA 的 PADS 就非常不錯，且有配合用的仿真軟件，而這類設(shè)計往往占據(jù)了 70%的應(yīng)用場合。在做高速電路設(shè)計，模擬和數(shù)字混合電路，采用 Cadence 的解決方案應(yīng)該屬于性能價格比較好的軟件，當(dāng)然 Mentor 的性能還是非常不錯的，特別是它的設(shè)計流程管理方面應(yīng)該是最為優(yōu)秀的。

33、對 PCB 板各層含義的解釋

Topoverlay ----頂層器件名稱， 也叫 top silkscreen 或者 top component legend， 比如 R1 C5，

IC10.bottomoverlay----同理 multilayer-----如果你設(shè)計一個 4 層板，你放置一個 free pad or via， 定義它作為multilay 那么它的 pad 就會自動出現(xiàn)在 4 個層 上，如果你只定義它是 top layer， 那么它的 pad 就會只出現(xiàn)在頂層上。

34、2G 以上高頻 PCB 設(shè)計，走線，排版，應(yīng)重點注意哪些方面？

2G 以上高頻 PCB 屬于射頻電路設(shè)計，不在高速數(shù)字電路設(shè)計討論范圍內(nèi)。而 射頻電路的布局(layout)和布線(routing)應(yīng)該和原理圖一起考慮的，因為布局布線都會造成分布效應(yīng)。

而且，射頻電路設(shè)計一些無源器件是通過參數(shù)化定義，特殊形狀銅箔實現(xiàn)，因此要求 EDA 工具能夠提供參數(shù)化器件，能夠編輯特殊形狀銅箔。

Mentor 公司的 boardstation 中有專門的 RF 設(shè)計模塊，能夠滿足這些要求。而且，一般射頻設(shè)計要求有專門射頻電路分析工具，業(yè)界最著名的是 agilent 的 eesoft，和 Mentor 的工具有很好的接口。

35、2G 以上高頻 PCB 設(shè)計，微帶的設(shè)計應(yīng)遵循哪些規(guī)則？

射頻微帶線設(shè)計，需要用三維場分析工具提取傳輸線參數(shù)。所有的規(guī)則應(yīng)該在這個場提取工具中規(guī)定。

36、對于全數(shù)字信號的 PCB，板上有一個 80MHz 的鐘源。除了采用絲網(wǎng)(接地)外，為了保證有足夠的驅(qū)動能力，還應(yīng)該采用什么樣的電路進行保護？

確保時鐘的驅(qū)動能力，不應(yīng)該通過保護實現(xiàn)，一般采用時鐘驅(qū)動芯片。一般擔(dān)心時鐘驅(qū)動能力，是因為多個時鐘負載造成。采用時鐘驅(qū)動芯片，將一個時鐘信號變成幾個，采用點到點的連接。

選擇驅(qū)動芯片，除了保證與負載基本匹配，信號沿滿足要求(一般時鐘為沿有效信號)，在計算系統(tǒng)時序時，要算上時鐘在驅(qū)動芯片內(nèi)時延。

37、如果用單獨的時鐘信號板，一般采用什么樣的接口，來保證時鐘信號的傳輸受到的影響??？

時鐘信號越短，傳輸線效應(yīng)越小。采用單獨的時鐘信號板，會增加信號布線長度。而且單板的接地供電也是問題。如果要長距離傳輸，建議采用差分信號。LVDS 信號可以滿足驅(qū)動能力要求，不過您的時鐘不是太快，沒有必要。

38、27M，SDRAM 時鐘線(80M-90M)，這些時鐘線二三次諧波剛好在 VHF 波段，從接收端高頻竄入后干擾很大。除了縮短線長以外，還有那些好辦法？

如果是三次諧波大，二次諧波小，可能因為信號占空比為 50%，因為這種情況下，信號沒有偶次諧波。這時需要修改一下信號占空比。此外，對于如果是單向的時鐘信號，一般采用源端串聯(lián)匹配。這樣可以抑制二次反射，但不會影響時鐘沿速率。源端匹配值，可以采用下圖公式得到。

39、什么是走線的拓撲架構(gòu)？

Topology，有的也叫 routing order.對于多端口連接的網(wǎng)絡(luò)的布線次序。

40、怎樣調(diào)整走線的拓撲架構(gòu)來提高信號的完整性？

這種網(wǎng)絡(luò)信號方向比較復(fù)雜，因為對單向，雙向信號，不同電平種類信號，拓樸影響都不一樣，很難說哪種拓樸對信號質(zhì)量有利。而且作前仿真時，采用何種拓樸對工程師要求很高，要求對電路原理，信號類型，甚至布線難度等都要了解。

41、怎樣通過安排疊層來減少 EMI 問題？

首先，EMI 要從系統(tǒng)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回流路徑，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(dāng)比電源層外延，對抑制共模干擾有好處。

42、為何要鋪銅？般鋪銅有幾個方面原因。

EMC.對于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。

PCB 工藝要求。一般為了保證電鍍效果，或者層壓不變形，對于布線較少的PCB 板層鋪銅。

信號完整性要求，給高頻數(shù)字信號一個完整的回流路徑，并減少直流網(wǎng)絡(luò)的布線。當(dāng)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(tǒng)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。另外對于多個 DSP，時 鐘，數(shù)據(jù) 信號走線拓普也會影響信號質(zhì)量和時序，需要關(guān)注。

44、除 protel 工具布線外，還有其他好的工具嗎？

至于工具，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、什么是“信號回流路徑”？

信號回流路徑，即 return current。高速數(shù)字信號在傳輸時，信號的流向是從驅(qū)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(qū)動器端。這個在地或電源上的返回信號就稱信號回流路徑。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(zhì)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(guī)范中，有關(guān)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軟件(HYPERLYNX 或 IS_multiboard)，建立多板系統(tǒng)時，輸入接插件的分布參數(shù)，一般從接插件手冊中得到。當(dāng)然這種方式會不夠精確，但只要在可接受范圍內(nèi)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(lián)匹配，終端匹配一般為并聯(lián)匹配，方式比較多，有電阻上拉，電阻下拉，戴維南匹配，AC 匹配，肖特基二極管匹配。

48、采用端接(匹配)的方式是由什么因素決定的?？

匹配采用方式一般由 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(tǒng)功耗等。

49、采用端接(匹配)的方式有什么規(guī)則？

數(shù)字電路最關(guān)鍵的是時序問題，加匹配的目的是改善信號質(zhì)量，在判決時刻得到可以確定的信號。對于電平有效信號，在保證建立、保持時間的前提下，信號質(zhì)量穩(wěn)定；對延有效信號，在保證信號延單調(diào)性前提下，信號變化延速度滿足要求。Mentor ICX 產(chǎn)品教材中有關(guān)于匹配的一些資料。

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仿真？如果不能，那么如何進行電路的板級和系統(tǒng)級仿真？

IBIS 模型是行為級模型，不能用于功能仿真。功能仿真，需要用 SPICE 模型，或者其他結(jié)構(gòu)級模型。

51、在數(shù)字和模擬并存的系統(tǒng)中，有 2 種處理方法，?一個是數(shù)字地和模擬地分開，比如在地層，數(shù)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(shù)字電源分開用 FB 連接，而地是統(tǒng)一地地。請問李先生，這兩種方法效果是否一樣？

應(yīng)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(qū)分模擬和數(shù)字部分的目的是為了抗干擾，主要是數(shù)字電路對模擬電路的干擾。但是，分割可能造成信號回流路徑不完整，影響數(shù)字信號的信號質(zhì)量，影響系統(tǒng) EMC 質(zhì)量。

因此，無論分割哪個平面，要看這樣作，信號回流路徑是否被增大，回流信號對正常工作信號干擾有多大。現(xiàn)在也有一些混合設(shè)計，不分電源和地，在布局時，按照數(shù)字部分、模擬部分分開布局布線，避免出現(xiàn)跨區(qū)信號。

52、安規(guī)問題：FCC、EMC 的具體含義是什么？

FCC: federal communication commission 美國通信委員會

EMC: electro megnetic compatibility 電磁兼容

FCC 是個標(biāo)準(zhǔn)組織，EMC 是一個標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)頒布都有相應(yīng)的原因，標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)，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，在布線時要保持并行，線寬、線間距保持不變。

54、PCB 仿真軟件有哪些？

仿 真 的種類很多， 高 速 數(shù) 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 仿真軟件是如何進行 LAYOUT 仿真的？

高速數(shù)字電路中，為了提高信號質(zhì)量，降低布線難度，一般采用多層板，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(wěn)定性

高速數(shù)字信號布線，關(guān)鍵是減小傳輸線對信號質(zhì)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(shù)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(zhì)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(jiān)控的低頻電路部分往往采用部署在同一 PCB 上，請問對這樣的 PCB 在材質(zhì)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(shè)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(tǒng)中都作為一個獨立的單板進行布局布線，甚至?xí)袑ｉT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(shù)的影響，提高射頻系統(tǒng)的一致性。

相對于一般的 FR4 材質(zhì)，射頻電路板傾向與采用高 Q 值的基材，這種材料的介電常數(shù)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(shè)計中，雖然射頻，數(shù)字電路做在同一塊 PCB 上，但一般都分成射頻電路區(qū)和數(shù)字電路區(qū)，分別布局布線。之間用接地過孔帶和屏蔽盒屏蔽。

58、對于射頻部分，中頻部分和低頻電路部分部署在同一 PCB 上，mentor 有什么解決方案？

Mentor 的板級系統(tǒng)設(shè)計軟件，除了基本的電路設(shè)計功能外，還有專門的 RF 設(shè)計模塊。在 RF 原理圖設(shè)計模塊中，提供參數(shù)化的器件模型，并且提供和 EESOFT 等射頻電路分析仿真工具的雙向接口；在 RF LAYOUT 模塊中，提供專門用于射頻電路布局布線的圖案編輯功能，也有和 EESOFT 等射頻電路分析仿真工具的雙向接口，對于分析仿真后的結(jié)果可以反標(biāo)回原理圖和 PCB。

同時，利用 Mentor 軟件的設(shè)計管理功能，可以方便的實現(xiàn)設(shè)計復(fù)用，設(shè)計派生，和協(xié)同設(shè)計。大大加速混合電路設(shè)計進程。手機板是典型的混合電路設(shè)計，很多大型手機設(shè)計制造商都利用 Mentor 加安杰倫的 eesoft 作為設(shè)計平臺。

59、Mentor 的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如何？

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

60、Mentor 的 PCB 設(shè)計軟件對 BGA、PGA、COB 等封裝是如何支持的？

Mentor 的 autoactive RE 由收購得來的 veribest 發(fā)展而來，是業(yè)界第一個無網(wǎng)格，任意角度布線器。

眾所周知，對于球柵數(shù)組，COB 器件，無網(wǎng)格，任意角度布線器是解決布通率的關(guān)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(yīng)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(shè)計軟件對差分線隊的處理又如何？

Mentor 軟件在定義好差分對屬性后，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(zhì)量比較好。因為不大可能出現(xiàn)信號跨平面層分割現(xiàn)象?？绶指钍怯绊懶盘栙|(zhì)量很關(guān)鍵的一個因素，而仿真軟件一般都忽略了它。對于電源層和地層，對高頻信號來說都是等效的。

在實際中，除了考慮信號質(zhì)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(shè)計工藝要求？

很多 PCB 廠家在 PCB 加工完成出廠前，都要經(jīng)過加電的網(wǎng)絡(luò)通斷測試，以確保所有聯(lián)線正確。同時，越來越多的廠家也采用 x 光測試，檢查蝕刻或?qū)訅簳r的一些故障。對于貼片加工后的成品板，一般采用 ICT測試檢查，這需要在 PCB 設(shè)計時添加 ICT 測試點。如果出現(xiàn)問題，也可以通過一種特殊的 X 光檢查設(shè)備排除是否加工原因造成故障。

64、“機構(gòu)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(dǎo)電材料，盡可能接地。

65、在芯片選擇的時候是否也需要考慮芯片本身的 esd 問題？

不論是雙層板還是多層板，都應(yīng)盡量增大地的面積。在選擇芯片時要考慮芯片本身的 ESD 特性，這些在芯片說明中一般都有提到，而且即使不同廠家的同一種芯片性能也會有所不同。設(shè)計時多加注意，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(xiàn)，因此機構(gòu)的防護對ESD 的防護也是相當(dāng)重要的。

66、在做 pcb 板的時候，為了減小干擾，地線是否應(yīng)該構(gòu)成閉和形式？

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

67、如果仿真器用一個電源，pcb 板用一個電源，這兩個電源的地是否應(yīng)該連在一起？

如果可以采用分離電源當(dāng)然較好，因為如此電源間不易產(chǎn)生干擾，但大部分設(shè)備是有具體要求的。既然仿真器和 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(gòu)成，他們是否應(yīng)該共地？

一個電路由幾塊 PCB 構(gòu)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(dāng)然干擾會小些。

69、設(shè)計一個手持產(chǎn)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。有什么方法可以通過 ESD 測試？

手持產(chǎn)品又是金屬外殼，ESD 的問題一定比較明顯，LCD 也恐怕會出現(xiàn)較多的不良現(xiàn)象。如果沒辦法改變現(xiàn)有的金屬材質(zhì)，則建議在機構(gòu)內(nèi)部加上防電材料，加強 PCB 的地，同時想辦法讓 LCD 接地。當(dāng)然，如何操作要看具體情況。

70、設(shè)計一個含有 DSP，PLD 的系統(tǒng)，該從那些方面考慮 ESD？

就一般的系統(tǒng)來講，主要應(yīng)考慮人體直接接觸的部分，在電路上以及機構(gòu)上進行適當(dāng)?shù)谋Ｗo。至于ESD 會對系統(tǒng)造成多大的影響，那還要依不同情況而定。干燥的環(huán)境下，ESD 現(xiàn)象會比較嚴重，較敏感精細的系統(tǒng)，ESD 的影響也會相對明顯。雖然大的系統(tǒng)有時 ESD 影響并不明顯，但設(shè)計時還是要多加注意，盡量防患于未然。

審核編輯：湯梓紅