高速PCB的功能分割

大部分的PCB都包含一些功能子系統(tǒng)或區(qū)域，每個功能子系統(tǒng)都由一組器件和它們的支持電路組成。比如，一個典型的主機(jī)板可以劃分為以下區(qū)域：處理器、時鐘邏輯、存儲器、總線控制器、總線接口、PCT總線、外圍設(shè)備接口和視/音頻處理模塊等。一方面，PCB上所有器件需要彼此緊密地放置在一起，這樣可以縮短走線長度，降低串?dāng)_、反射，以及電磁輻射，保證信號完整性；另一方面，不同的邏輯器件所產(chǎn)生的RF能量的頻譜都不同，尤其是在高速系統(tǒng)中，信號的頻率越高，與數(shù)字信號跳變相關(guān)的操作所產(chǎn)生的RF能量的頻帶也越寬，要防止工作頻帶不同的器件間的相互干擾，尤其是高帶寬器件對其他設(shè)備的干擾。

解決上述問題的辦法是采用功能分割，即將不同功能的子系統(tǒng)在PCB上實(shí)行物理分割。根據(jù)產(chǎn)品不同而采取不同的分割方式，通常可用多塊PCB、組件隔離和Layout FE離等方式。恰當(dāng)?shù)姆指羁梢詢?yōu)化信號質(zhì)量，簡化布線，降低干擾。工程師必須明確某一組件屬于哪一個功能分區(qū)，這些信息可以從組件供應(yīng)商處獲得。

功能分割可以被認(rèn)為是將一個功能區(qū)域從另一個功能區(qū)域分離出來，以便使功能不同的電路隔離開來，如圖1所示的實(shí)例。在PCB設(shè)計中，要想達(dá)到的目的就是，把與特定子區(qū)域相關(guān)的電磁場限制在需要這部分能量的區(qū)域。例如，設(shè)計者希望來自處理器區(qū)域的電磁能量不能傳遞到I/O電路中。而處理器和I/O之間存在電勢差，只要存在電勢差，則在這兩個區(qū)域之間就會產(chǎn)生共模能量傳遞，所以它們之間的分割必須進(jìn)行很好地去耦。

功能分割需要注意兩個方面：處理傳導(dǎo)和輻射的RF能量。傳導(dǎo)的RF能量會通過信號線在功能子區(qū)域和電源分配系統(tǒng)之間進(jìn)行傳輸，輻射的H咱旨量通過自由空間耦合。合理的PCB功能分割就是尋求將有用的信號傳遞到需要它的地方，而將不需要的拒之門外的合理方案。

實(shí)現(xiàn)上述功能的PCB分割包含兩個方面的意思：隔離和互連。

隔離可以通過使用“壕”在所有層上形成沒有敷銅的空自區(qū)，“壕”的寬度為50 mil?！昂尽本拖褡o(hù)城河一樣，將整個PCB按其功能不同分割成一個個的“小島”。其中的某一個功能區(qū)（比如說圖6－17中的隔離變壓器——對PCB上那些沒有連接到它的信號線和路徑來說就像一個“排除在外”的區(qū)域）。很顯然，“壕”會將鏡像層分割，形成每個區(qū)域獨(dú)立的電源和地，這就可以防止RF能量通過電源分配系統(tǒng)從一個區(qū)域進(jìn)入另一個區(qū)域。

但分割是為了更好地安排布局和布線，實(shí)現(xiàn)更好的互連，不是完全的“隔離”，必須為那些需要連接到各個子功能區(qū)域的線路提供通道。這里有兩種方法：一種是使用獨(dú)立的變壓器、光隔離器或者共模數(shù)據(jù)線跨過“壕”，如圖2（a）所示；另一種就是在“壕”上搭“橋”，只有那些有“過橋通行證”的信號才能進(jìn)（信號電流）和出（返回電流），如圖2（b）所示。

圖2 隔離和搭橋

設(shè)計一個化的分割布局是不可能的，還有一種辦法就是將產(chǎn)生不期望的V能量的部分進(jìn)行金屬屏蔽，從而控制輻射并增強(qiáng)PCB的抗干擾能力。

審核編輯：湯梓紅