老司機(jī)吐血總結(jié)電子系統(tǒng)設(shè)計 千萬別錯過

做了若干年的電子系統(tǒng)設(shè)計。所涉領(lǐng)域有數(shù)字通信，數(shù)據(jù)交換機(jī)，模擬電路，芯片設(shè)計等等。有些感慨逐漸寫出來灌灌水，博大家一笑。

第一回：境界層

傳統(tǒng)的武功都分若干層，好像大多是7-9層吧，呵呵。這電路設(shè)計的功力也一樣，印象中有dx分過4-9層。俺這也不免俗，根據(jù)自己的經(jīng)驗把它分成了5層。

第1層：初步入門。做什么都難。大多時間是借鑒前人或能找到的設(shè)計。仿制的過程中來理解電路的架構(gòu)類型。能拿到一個可直接用的電路很興奮。經(jīng)?？葱?-3流 雜志上的實際例子。做些筆記什么的。經(jīng)常參加各種會議講座。設(shè)計出來的板子一堆飛線?？偸且苫鬄樯峨娐穲D或者邏輯設(shè)計一樣，怎么出來的性能總比不上原設(shè)計。

第2層：做了幾年后有了感覺。了解了電路設(shè)計需要遵循的一些實際原則。開始能獨立完成一個系統(tǒng)，即使是新的算法或者協(xié)議也能實現(xiàn)。設(shè)計一個電路有點隨心所 欲。覺得這電路設(shè)計也就那么會事，什么東西只要有時間都能做出來。但細(xì)節(jié)的考慮不周（細(xì)節(jié)這個詞可能有誤導(dǎo)，其實并不像字面那樣簡單）。做出的東西長期穩(wěn) 定性和可靠性不見得理想。

第3層：覺得做什么都要慎重。再簡單的東西設(shè)計好了，成為批量生產(chǎn)的可靠產(chǎn)品都不容易。即使做個分頻器也要分析半天。不管大小project都先仔細(xì)做architecture spec，都想事前先做仿真。注重步驟和過程的嚴(yán)謹(jǐn)。以一種敬畏的態(tài)度對待大大小小的設(shè)計項目。

知道了R和D的不同。明白做個項目主要80%的部分用20%的時間就可完成。而余下的20%要花80%的時間。當(dāng)別人說這個項目簡單花不了多少時間時，也不愿意與其爭論。

第4層：?；剡^頭來看看以前的教科書。比如電磁學(xué)上電容的原理。有了些以前不管上學(xué)還是應(yīng)用時沒有過的領(lǐng)悟。

注重可重復(fù)性設(shè)計，測試結(jié)果跟仿真的比較。積累仿真與實現(xiàn)一致性的經(jīng)驗。

能準(zhǔn)確抓住一個項目的框架結(jié)構(gòu)，主要的和需要仔細(xì)分析對待的部分。并能分清哪些可以不用花太多時間和精力。開始琢磨一些新的協(xié)議或者想獨創(chuàng)點什么。

第5層：只是一個工具和過程,用它來賺錢養(yǎng)家。跟去養(yǎng)豬種菜一樣，是謀生或者用來創(chuàng)業(yè)的一個手段

開始研究電子管，做點自己喜歡的東西

你怎么看待電路圖？電路圖是否代表了所有設(shè)計信息？不是的。電路圖只是給你了一個所有集中參數(shù)元件的連接順序。大家知道電路的實質(zhì)是用電場和磁場描述的。而電場和磁場的相互作用跟攜帶他們物體（元器件）的空間相對位置有關(guān)。也就是這些元器件的擺放位置，方向，和公用的通路（地，電源）會對電磁場的行為產(chǎn)生影響。所以一個電路圖只是攜帶了有限的設(shè)計信息，至少不是全部！

具體來說，每個信號loop的大小和相互作用，在公用通路上的相互耦合，電感等元件產(chǎn)生的磁場對其他電路的影響，大信號（比如控制的輸出）對小信號（被檢測的弱信號）回路的影響，等等都是應(yīng)該考慮的。有時大家在糾纏數(shù)模混合設(shè)計是否該分地和怎么分，其實你把每個信號都看成有一個loop，該loop會影響別人，也會被別人影響，分析起來就清晰多了。地和電源符號的使用往往使設(shè)計者忽略的這一因素。

一般做仿真會從電路圖開始編寫仿真的描敘。更有甚者有的人想用自動軟件直接從電路圖得到spice的網(wǎng)表。其實電路圖并沒有告訴你元器件是怎樣連接的，除了告訴你他們的連接順序外。電路圖上表示的是一根線，雖然你做仿真時已經(jīng)考慮到了一個trace可以用傳輸線來描述。但在不同頻率下介電常數(shù)不是個常量，趨膚效應(yīng)使得高頻下的trace thickness發(fā)生了變化。過孔對高頻影響最甚，過孔的model到現(xiàn)在也沒個精確的數(shù)學(xué)模型。過孔中non-functional pad產(chǎn)生的寄生電容，你是否想著model了？via stub呢？記得幾年前公司招一個人對他面試，他說起他的博士論文就是研究過孔的model。

通常的設(shè)計流程是設(shè)計電路，仿真，實現(xiàn)，測試。當(dāng)你發(fā)現(xiàn)測試結(jié)果跟仿真不相符時，你可能接下就修改電路版上的電路，加點電容拉，去掉噪聲了，調(diào)整放大倍數(shù)拉，使得最后得到你的指標(biāo)。然后就去修改電路圖，再制版去了。且慢！這時你可能丟掉了一次非常珍貴的使你的水平提高到另一層次的機(jī)會！

正確的做法是測試結(jié)果與仿真不相符時，在確認(rèn)不是制造和測試引起的之后，a）先根據(jù)實際情況調(diào)試你的仿真（可能是模型，可能是對實現(xiàn)的描述）使得仿真跟測試在預(yù)計的誤差之內(nèi)

b)在仿真平臺上調(diào)試你的設(shè)計，使得達(dá)到預(yù)期指標(biāo)的仿真結(jié)果 c）根據(jù)仿真所做的修改來相應(yīng)調(diào)試實際電路達(dá)到預(yù)期的指標(biāo)。以上3步可能要需要有幾個來回。這樣最后做到仿真和實際測試一直后，你就積累了完全描述這個設(shè)計的仿真知識庫和經(jīng)驗。下次做類似設(shè)計時，大大提高了你的一次設(shè)計成功率。最后的目的是達(dá)到在工作站上進(jìn)行設(shè)計和調(diào)試，而不是在LAB的實驗臺上。話是這么說，可有多少人這么做，有多少人相信這么做有價值呢？進(jìn)度的壓力，懶惰的慣性，認(rèn)識的深度。。。。。。所以大俠永遠(yuǎn)是少數(shù)，呵呵。

第三回： 數(shù)字與模擬，從事哪一行？

數(shù)字化是發(fā)展的趨勢。從磁帶到CD MP3，從模擬電視到HDTV，模擬通信到數(shù)字通信。電路設(shè)計也是一樣，越來越多的是數(shù)字電路。但大家可能都明白，一是模擬永遠(yuǎn)省略不了，因為現(xiàn)實世界的 物理量和我們的感知都是模擬量。所以要完整掌握一個系統(tǒng)的設(shè)計，模擬數(shù)字都需要。第二點：隨之?dāng)?shù)字化的頻率越來越高，所謂的數(shù)字信號也要以模擬電路的設(shè)計 原則來對待。即使是低頻數(shù)字信號，如果它的變化沿很快，所隱含的高頻分量也非常豐富，還是要作為模擬信號來對待。通信協(xié)議的第一層都是模擬的技術(shù)來實現(xiàn)。

數(shù)字設(shè)計的第一層次是對系統(tǒng)實現(xiàn)和邏輯的掌握。各種設(shè)計方法系統(tǒng)級的如各種總線技術(shù)，MCU系統(tǒng)，電源系統(tǒng)，互聯(lián)系統(tǒng)，時鐘處理，背板等。芯片級的設(shè)計如 state machine，pipeline，F(xiàn)IFO，Queue等。感覺數(shù)字通信中主要是對幀和系統(tǒng)同步等的操作。數(shù)字交換機(jī)主要的是對memory的操作。管理用memory組成各種table，queue，F(xiàn)IFO，buffer等。

第二層次可能是對算法和協(xié)議的理解與實現(xiàn)。這時你可能對邏輯設(shè)計已經(jīng)得心應(yīng)手了。主要的是在一定的cost下實現(xiàn)某個算法或協(xié)議。容易忽略的可能是可測試性和可診斷性的設(shè)計。

初步進(jìn)入職場的話，數(shù)字比較容易點。懂點數(shù)字邏輯，MCU的編程就可找到不少的飯碗機(jī)會。

感覺做一個合格的模擬設(shè)計工程師需要更多的錘煉。并不是說數(shù)字設(shè)計容易。數(shù)字設(shè)計可能最后是復(fù)雜性，性能與cost的平衡，功耗，算法協(xié)議的有效和可靠性等 層次的問題。在具體的邏輯層面和實現(xiàn)層面作為設(shè)計工程師要么沒太多再發(fā)揮的余地，要么不需要介入太深（上一回說的simulation的因素除外）。而模 擬可能一直得與基本層面的問題打交道，比如材料特性，性能的trade-off，電路結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)方式，新穎有效的電路形式，布線等等。隨著半導(dǎo)體工 藝的不斷進(jìn)步，對數(shù)字設(shè)計工程師的影響相對小些。而對模擬設(shè)計的影響有時是基本的。到現(xiàn)在你還可以就運放，ADC，PLL等基本器件的實現(xiàn)在IEEE上發(fā) 表論文或去做博士研究。除了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?xùn)練外，經(jīng)驗的積累在模擬設(shè)計中的作用不容忽視。

模擬和數(shù)字有時也沒有一個清晰的分界點。ADC有人就用lousy的analog電路，然后通過數(shù)字算法提高其精度。delta-sigma的ADC也是利用了over-sampling和DSP的算法來降低噪聲。

如果說非高速（這個點各有理解）數(shù)字電路憑經(jīng)驗可以直接設(shè)計電路的話，模擬電路如果不做仿真可能就不是嚴(yán)肅的設(shè)計。

假如一生都從事電路方面的技術(shù)工作，似乎掌握一些模擬的技術(shù)比較有價值。年輕的后來者在數(shù)字設(shè)計方面比較容易上手而達(dá)到某個程度，而在模擬領(lǐng)域可能需要侵淫 更久的時間。當(dāng)然，國內(nèi)的公司對大多人來說技術(shù)只是個臺階，做到一定程度要么轉(zhuǎn)行要么去做管理（官）。沒有一個合理的價值體系，技術(shù)的積累和重視人才只是 虛假的空談。像IBM,CISCO，INTEL，HP，TEK等公司，他們有跟管理階層相對應(yīng)的技術(shù)進(jìn)階體系。最后技術(shù)職位的地位和利益不亞于對應(yīng)的管理 高位。這樣就擁有了一批喜歡和愿意從事技術(shù)的人才，也使得他們有絲毫不遜色的利益保證。

第四回： 進(jìn)修有感

電子這行業(yè)發(fā)展太快，你在大學(xué)學(xué)的內(nèi)容大概沒幾年就不合時宜了。更別說不少大學(xué)的課程和老師也陳舊得很。工作幾年后，甚至一工作就有去進(jìn)修的必要進(jìn)修有多種方式。1）自己看書啃 2）上培訓(xùn)班 3）在公司跟老一輩學(xué)習(xí)，等等。各有利弊。

自己看書可以掌握進(jìn)度，專攻急需的部分。像當(dāng)年林總提的學(xué)毛語錄那樣：活學(xué)活用，急用先學(xué)，立竿見影。切忌從頭看到尾，只學(xué)不用。個人的體會是對那些馬上用 不到的先別花太多時間，大概其了解就行。要把目前需要的研究深刻，并且馬上試驗。不然花了時間不說，過幾年再用時還得從頭學(xué)起，因為只看不用沒啥作用?？?書一定要找真正有實踐經(jīng)驗的大俠寫的書。那些只是會寫文章沒做過項目產(chǎn)品的人寫的，最好敬而遠(yuǎn)之：一堆書公式數(shù)學(xué)，什么都談的很深很細(xì)，但沒有重點。其實 看書不如研究相關(guān)公司application engineer寫的application note。那些東西的價值和實用性很高。當(dāng)然又有應(yīng)用的經(jīng)驗，又能上升到理論分析的dx們的著作另當(dāng)別論。

上培訓(xùn)班，如果是有實踐經(jīng)驗的人講的話，還是很有價值的。價值在于你可以得到他的經(jīng)驗，并與之探討。有時幾分鐘的探討和QA比起你自己摸索很久來的有價值。 如果做IC之類的設(shè)計的話，強(qiáng)烈建議大家考慮在網(wǎng)上上一下伯克利的IC課程。近代EDA和IC設(shè)計，該校是圣地。那些老師們和電子技術(shù)一起走過來的，他們 的講座能使你了解到技術(shù)的精髓。該校位于硅谷跟若干大IC公司有很強(qiáng)的互動。他們的好多學(xué)生出來開了很多成功的公司。伯克利課程的另一特點是課堂的互動。 有好多有工作經(jīng)驗的工程師們回去深造，你可以像置身課堂一樣隨著那些高手們的QA而更深入了解一些你自己學(xué)習(xí)看不到的深度和經(jīng)驗。大多數(shù)時候你感興趣或者 不明白的疑惑，總有人提問或者老師回問。聽這種課是一享受，呵呵。建議數(shù)字IC去聽Rabaey的課。就是寫Digital Integrated Circuits ADesignPerspective 這本書的教授 （順便說一下，中文這本書譯為“數(shù)字集成電路設(shè) 計透視”。透視倆字怎么都覺得別捏。感覺perspective應(yīng)該是“從x出發(fā)，面向x” 的意思。建議盡量看原版，一是翻譯者的水品有可能損害了原文的風(fēng)格甚至意義，二者現(xiàn)代技術(shù)是用英文寫成的。如果想長期從事這一行，還是應(yīng)該掌握描述它的語 言。就像你要做軟件設(shè)計需要掌握C一樣。）. 模擬的話伯克利有好幾個大家，本人比較喜歡 Broderson和Ali的課。他們講課比較清晰有節(jié)奏，講話也幽默，不覺枯燥。即使不做IC設(shè)計，做板級和系統(tǒng)的設(shè)計，研究一下IC的相關(guān)知識也很有 幫助。比如模擬IC的課程可使你對噪聲，干擾，穩(wěn)定性，以及器件指標(biāo)的含義有更深的理解。

跟公司老一輩學(xué)習(xí)是最直接的了。這點沒啥可說的。只是提一點：當(dāng)一個設(shè)計A也行B也行時，如果前輩們說A好，你覺得自己提的B好。這時別扭著勁非說要B。最 好仔細(xì)想想A到底有什么好處。設(shè)計的目的不是設(shè)計本身：是產(chǎn)品，是可制造可重復(fù)可檔案化可規(guī)范化可系列化可簡化售后穩(wěn)定性。。。。。。的產(chǎn)品！你的B從設(shè) 計角度來看沒什么問題，但可能缺了后邊中的某一樣。

第五回：示波器

測量是電路設(shè)計最基本的技術(shù)。但不正確的測量儀器選擇和方式，不止是得不到正確的測試結(jié)果，關(guān)鍵還會給你帶來很大的誤導(dǎo)。

常用的測量儀器莫過示波器了。一個簡單的問題：測量100MHz的正弦信號應(yīng)該用多大帶寬的示波器？這個問題本身實際上提得就不準(zhǔn)確。任何示波器的帶寬都是 基于一定誤差來說的。一般示波器的帶寬是指的其3dB帶寬，即最大幅度下降到70%左右的帶寬.所以如果用100MHz帶寬測試100MHz的信號，測量 誤差就至少是30%。做個幅度與頻率的簡單衰耗圖，你會發(fā)現(xiàn)如果要求3%的精度，測量100MHz信號的帶寬需要大約 3x100MHz。一個經(jīng)驗的說法：為了保持幅度誤差合理，示波器和探頭組合的帶寬應(yīng)該至少為待測信號帶寬的3到5倍。為了保證幅度誤差小于1％，示波器 的帶寬應(yīng)該至少為信號帶寬的5倍。當(dāng)然這是用示波器來較為精確的測試信號的幅度來講。如果只是debug，尤其是數(shù)字電路的邏輯，則要求就沒那么嚴(yán)格了。

怎么樣來對待低頻信號的上升時間？有時大家遇到這樣的問題：信號頻率不高，所以布線就沒怎么講究。結(jié)果最后做出來的電路發(fā)現(xiàn)，要么串?dāng)_大，要么有很大的反射 過沖等。這是你就該檢查信號的上升下降時間了。快速的上下降沿有豐富的高頻信號頻率。這是的信號應(yīng)該當(dāng)作高速信號處理。一個常用的帶寬算法： 帶寬=2.2/(2Pi * tr)=0.35/tr. 如果信號的上升沿是1ns，則等效帶寬接近350MHz！精確測量這個上升時間的示波器帶寬至少要3×350MHz。

探頭的使用也要注意。對于高頻（包括有快速變化沿的低頻信號），探頭的接地十分重要。切忌用地線夾子隨意找個接地點。要就近接地。一個簡單的方法是用裸線纏 繞在探頭上就近找個地。在電路圖和PCB設(shè)計時，不只要考慮測試點，還要有就近的測試接地點。這點往往在設(shè)計時容易忽視。對于差分信號，最好用專用的差分 探頭。用普通探頭的話，通道間的skew會影響測試結(jié)果。當(dāng)然低頻差分信號應(yīng)該還好。

第六回：IP雜談

IP,就兩個字母，孕育了多少時代風(fēng)云，創(chuàng)造了多少財富積累，成就了多少英雄豪杰，巨企商號。。。。

暫時風(fēng)過云淡的今天，IP技術(shù)已經(jīng)深入到了人們生活中的方方面面。其重要性怎么說都不為過，而且我們還只是處在其帶來變化的初級階段，但就這也已經(jīng)讓經(jīng)濟(jì)生 活甚至政治各個層面產(chǎn)生了深遠(yuǎn)變革。Twitter的出生還只是按月計算，就影響了政教合一鐵硬伊朗近期的政治事件。加以時日，如果人人的手機(jī)都是一個即 時的采訪話筒和新聞攝影機(jī)，還不知道會對這個世界產(chǎn)生什么程度的改變。

所以專家，尤其那些以前做出過很大成績的老專家，他們的確切定義應(yīng)該是“在本次技術(shù)革命之前的上一代技術(shù)的權(quán)威”。他們中的大多數(shù)對新技術(shù)的掌握，不會比新 一代的年輕技術(shù)精英更快更有權(quán)威。但可惜的是他們大多掌握著話語權(quán)，掌握著資源。這不能不說是對技術(shù)進(jìn)步的一種明顯的阻礙。但恰恰正是因為這一點，才給無 數(shù)的敢于創(chuàng)新的公司以出人頭地的機(jī)會。就像在美國cisco之于LU，在中國華為中興之于郵電部的所屬科研院所和企業(yè)。當(dāng)年叱咤風(fēng)云的后者，還有多少泡沫沉渣泛起？上帝可能最終還是公平的。

已經(jīng)采用的技術(shù)，并不見得是最優(yōu)的技術(shù)。同理新的技術(shù)也不見得就有前途。當(dāng)有專家說其實你的3G沒啥了不起，我的技術(shù)比它強(qiáng)多了的時候，先別立馬下結(jié)論，尤 其對方跟經(jīng)濟(jì)利益糾纏在一起時更是這樣。老毛當(dāng)年說任何主義理想都有其階級的烙印。此話用到技術(shù)上也是如此。當(dāng)年中國電信的總工論證出小靈通可以平滑過渡 到3G時，你應(yīng)該笑笑就罷了。別當(dāng)真。專家，不過如此。當(dāng)年項羽見到秦始皇出游的儀仗時說，“彼可取而代也”。劉邦也說，“大丈夫當(dāng)如此也?！?雖然有項羽自吻烏江，但也有劉邦面南背北。你雖然現(xiàn)在是初出茅廬的學(xué)生，但有無限的潛力。那些專家們現(xiàn)在就現(xiàn)在了，但你還有無限的可能。

最終的標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)體制是妥協(xié)的結(jié)果。尤其是企業(yè)巨頭們的妥協(xié)結(jié)果。當(dāng)你研究學(xué)習(xí)那些所謂高技術(shù)時，也別對他們太崇拜了。那里的字里行間隱藏著很多利益，交易，競爭和妥協(xié)。

后來者最喜歡技術(shù)革命。在一個成熟的技術(shù)市場下，是壟斷者大公司的游戲。只有新技術(shù)，新體制，才能創(chuàng)造機(jī)會，才能使野心勃勃的投資者和創(chuàng)業(yè)者得到成功的機(jī) 會?？创豁椉夹g(shù)，主要應(yīng)該從它的商機(jī)中來看。當(dāng)年IT泡沫時參加過一次一家著名風(fēng)投的技術(shù)論壇。題目就叫“VC眼中的7層協(xié)議”。他們認(rèn)為當(dāng)時7層協(xié)議 中最有商機(jī)和投資價值的事1-3層。并把每一層的player，機(jī)會，和市場規(guī)模逐一分析。這是第一次聽人按價值來分析7層協(xié)議！

技術(shù)，無論用怎么復(fù)雜的公式來計算分析，用怎么深奧的語言來解釋論證，其最終目的只有一個：$

第七回：HDL與IC

做芯片設(shè)計或者FPGA/CPLD設(shè)計的工程師主要用硬件描述語言。這種類似計算機(jī)軟件的設(shè)計語言靈活，數(shù)據(jù)流清晰，易于模塊化和仿真，是IC設(shè)計的主流方式。如果還在用原理圖來做芯片邏輯設(shè)計的話，應(yīng)該盡快轉(zhuǎn)到HDL上來。你會立馬感覺到不一樣的天地。

掌握其中的任何一種，對于有點電路設(shè)計經(jīng)驗的工程師來講都不難。難得是規(guī)范的文檔，清晰的說明和注釋，合理明了的架構(gòu)，和充分的仿真。好多工程師只注重程序的 設(shè)計本身，即一條條的語句。豈不知一個設(shè)計包含程序本身和描述這個程序的完整文檔！缺了任何一個都不是完整的設(shè)計。簡單的來說，設(shè)計程序時要想著程序是讓 他人看的，是公司的IP積累。不是單單為了實現(xiàn)你要達(dá)到的幾項功能指標(biāo)。印度的軟件外包比中國領(lǐng)先很多，為什么？兩國的工程師都很聰明。有人做過分析，對 于同樣實現(xiàn)一個簡單功能，中國工程師10行就寫完了，可能還想絞盡腦汁再用更巧妙的方法簡化。而印度工程師可能要寫100行。區(qū)別就是前邊說過那幾點。

想來做ASIC和FPGA的區(qū)別大家都清楚。從設(shè)計角度來講主要是library的異同，包括仿真等等。ASIC代工的興起，使得設(shè)計與制造徹底分離。這樣 任何一個掌握了一定IP的人都可以開個ASIC設(shè)計公司。前者的價值主要變成了IP的積累。目前除了INTEL等個別公司還有自己的Foundry廠外， 大多數(shù)公司都使用TSMC之類的代工。為了更進(jìn)一步降低設(shè)計IC的初期投入，foundry也提供shuttle服務(wù)，即可以允許幾家公用一個晶圓，這樣 就大大降低了設(shè)計house的費用。據(jù)說現(xiàn)在還有搞sub-shuttle的：幾家公司在一個die上設(shè)計幾個芯片，有點像PCB拼版一樣，再用 shuttle服務(wù)跟別人共享一個晶圓。不知道這么做是否合法?？梢缘脑拵兹fRMB就可設(shè)計一個一般規(guī)模的ASIC，自己在家都可以做了.半導(dǎo)體業(yè)這幾年不景氣，可能也跟原來高高在上的高科技白天鵝，變成了尋常的丑小鴨有關(guān)。進(jìn)入門檻降低了。當(dāng)然這只是指的邏輯設(shè)計一個電路來講。其實IC 的價值不在設(shè)計的過程，那些算法知識等IP才是最有價值的。就像90nm的技術(shù)很成熟了，上海交大的教授還是靠雇傭民工把買來的片子磨一下再印上自己的型 號。制造BMW的技術(shù)有了，但設(shè)計它的IP卻不是一朝一日能掌握的。

Foundry廠也積累了大量的Library包括各種IP，甚至A/D等轉(zhuǎn)換器件。 對于一般的IC，設(shè)計不是主要的價值所在，產(chǎn)品的定義和市場的定位成了成功關(guān)鍵。

PCB 的材料從最常用的FR-4到低損耗的Roger，具體的電路可以選擇不同的材料。有時通過精心設(shè)計元器件的布局，較少過孔，和選用阻抗匹配的連接器件，可 以用低成本的FR-4達(dá)到大多數(shù)的要求。本人就做過FR-4傳送3GHz信號達(dá)40英寸的設(shè)計。中間有兩個連接器，一組耦合電容。當(dāng)然需要有Pre- amp和equalizer的幫助。02年左右見有芯片公司demo的用FR-4傳送10GHz幾個英寸的演示。如過芯片的serdes做的不夠好，那就 需要Roger之類的材料來幫助減小損耗了

經(jīng)常有人問最小可用多粗的線，過孔可打多大？一般來講過孔的直徑不小于板厚的1/10，其它就沒有什么太明確的標(biāo)準(zhǔn)了。正確的步驟是在設(shè)計PCB之前先跟 FAB廠家聯(lián)系，要到他們的技術(shù)要求，明確設(shè)計的極限，然后選擇合理的設(shè)計參數(shù)。大多數(shù)人是先做完了PCB再跟廠家聯(lián)系。本末倒置了。

在設(shè)計PCB之前要對高速信號做下仿真。根據(jù)器件的model，trace的距離，過孔的數(shù)目，和連接器的參數(shù)來做最壞情形下的仿真，用這個結(jié)果結(jié)合芯片的 datasheet看看lose budget是否有合理的余量。仿真的軟件有多種，本人認(rèn)為Hspice是最精確的一種。其它用spice model的軟件也可以，但Hspice有更適合傳輸線仿真的field solver的方法，即直接解電磁場方程來做計算。而不是用lumped RLGC 的方式。后者有許多不確定性。研讀一本SI方面的專著是比要的。最有名的是howard johnson， Stephen Hall的著作。選一本就可以。不要從頭到尾全看。根據(jù)用到的，選擇性的研究一下最好。一邊結(jié)合項目，一邊做仿真分析。實際電路出來測試后，對比研究一下 測試結(jié)果和仿真的異同，找出仿真或者實現(xiàn)的問題，修改仿真使它接近實際的測試。這一環(huán)節(jié)有助于功力的升級。

如果你有成本的壓力，用FR-4但有一些高頻的trace。這時要仔細(xì)的對高速部分精心布局，如果不可避免使用via的話，要盡量采用through- via，即讓信號從頂層一直穿到底層來換層。在中間換層會產(chǎn)生via-stub，影響信號完整性。做完布線后順手用PCB工具中的去掉non- functional pad的功能，把那些中間層沒連線的pad去掉，也能較少一些寄生電容。做這種事就是要斤斤計較，設(shè)計時多用點心，得到免費的性能提升。

PCB的軟件設(shè)計工具有很多選擇。以下是在另個帖子中寫的一段，摘錄到這里供參考：

orcad是一般公司做evaluation board的設(shè)計首選。比如ic公司。中小型公司用的也比較多。當(dāng)然隨手偶爾做點什么，任何一個都能勝任。如果不是專業(yè)的layout工程師，能用這些layout工具來做檢查就好了。但PCB的設(shè)計流程，材料，SI分析等還是要做點研究。

第九回：倆學(xué)音樂出身的工程師

經(jīng)有過兩個老美同事。湊巧的都是學(xué)音樂出身的，后來憑興趣自學(xué)做了電子和軟件方面的專家。

第一個是一家公司的總設(shè)計師。專業(yè)是學(xué)的音樂。對電子的東西比較感興趣，就走進(jìn)了這一行。如果你有什么想法跟他說，他低頭思考一會大多時間就給出你答案。是 在一合作項目時認(rèn)識的。工作一段后每每感覺他的一些想法匪夷所思，有時驚嘆實現(xiàn)的巧妙。但也有時候他想出來的很不錯的想法，實際已經(jīng)有現(xiàn)成的東西可借用 了。這是感覺到他的唯一弱點。人總是這樣，正統(tǒng)教育訓(xùn)練出來的，知道使用好多現(xiàn)成的東西，但缺少了獨創(chuàng)性。受傳統(tǒng)教育少的，得益于較少的約束和具有更好的 創(chuàng)造力，但有時也可能耗費不少時間在一些前人已做過的東西上。此事古難全。

另一個是在某公司時的同事。做事非常嚴(yán)謹(jǐn)。他開會或者大家討論時的筆記，非常干凈整潔。拿過來直接發(fā)表就可。想學(xué)他這招但堅持了不幾天就放棄了。人長的五大 三粗，可做事想不到的細(xì)膩。也是本科學(xué)音樂后來自學(xué)該改行軟件的。我們那時下班后總總喜歡在停車場打會籃球。他從不摻和。有次我邀他一起打但他只是笑笑搖 搖頭。我開始還以為他不會打。后來才知道人家是原德州大學(xué)校隊的！就是那些NBA球員們的前身。他有的隊友后來可能就去NBA了。這樣的本事哪能輕易跟我 們這種菜鳥玩?，F(xiàn)在他是一家航天公司的軟件總設(shè)計師。興趣是良師。功夫在詩外。我們從中學(xué)開始就分文理科之類的，謬之大矣

第十回：接地（1）

一 直想談?wù)劷拥貑栴}，但總覺得不容易下手。接地，最簡單的定義，也是最難把握的。簡單到初學(xué)者把所有“地線”一連就可，復(fù)雜到要考慮安全，干擾，強(qiáng)弱信號分 配，阻抗，噪聲，EMI，保護(hù)，交流直流地，等等。記的從開始注意信號完整性后，對“地”就在不停的琢磨。從數(shù)字轉(zhuǎn)到模擬后又開始了一輪的研究。跟電力沾 上點邊后又有了新的視角.....。無窮盡那:-) 下邊從安全保護(hù)，信號完整性，模擬電路幾個不同的角度聊聊對地的處理。

從安全保護(hù)角度看接地

IEC 對幾種接地方式有明確的定義。了解一下這些AC系統(tǒng)的接地要求能幫助理解系統(tǒng)設(shè)計中信號地保護(hù)地等概念和怎樣正確處理。在常用的TN-C-S接地系統(tǒng)中， 要求有個單獨的保護(hù)地（可能跟信號地在機(jī)器內(nèi)某點連接在一起）連接到AC配線箱的大地上（在那跟Neutral連接在一起）。如果有EMI或者其它干擾隔 離的考量，可以把這個保護(hù)地線屏蔽起來專線連接。但對于高頻噪聲這種連接可能起到相反的左右，對保護(hù)地連線的長度有要求(小于干擾波長的1/20)。

用兩芯的電源是不可取的，尤其對工業(yè)的應(yīng)用。除了安全以外，還有EMI的影響。大家知道AC-DC電源前邊要放X（line與neutral之間）和Y電容 （line/neutral到地）。沒了第三芯的地連接，Y電容的防共模干擾的作用就消失了。從安全角度講，如果是兩芯的插座，有金屬殼的機(jī)器就失去了漏 電保護(hù)的作用。這時應(yīng)該裝個GFCI漏電保護(hù)器，尤其是在家里有小孩的情形，價格不貴，保護(hù)孩子重要啊，呵呵。 順帶說一下，浙江一帶尤其慈溪什么的生產(chǎn)的電源插板基本都是垃圾，俺拆開看過很危險的，盡量別用。前幾年看過一個報道說國內(nèi)只有三家的品牌是合格的。你家 的電視冰箱計算機(jī)還有家人的安全值錢的很，別再這上邊省這幾塊錢！

除了設(shè)備要可靠接地外，建筑的鋼體水管氣管等也要可靠接地。在雷雨天氣鋼架構(gòu)可能被充電。鋼結(jié)構(gòu)跟室內(nèi)的儀器設(shè)備的外殼有個電容通道。從而雷電的高壓可以加到設(shè)備上而形成危險。這就是為什么有時有些計算機(jī)不開機(jī)，雷雨天氣后也能被燒壞的原因（case2）

AC接地系統(tǒng)是個專門的領(lǐng)域。作為電路和系統(tǒng)設(shè)計者，知道點AC接地的知識很有幫助。尤其在涉及到AC帶來的安全，EMC，EMI，串?dāng)_等問題的分析時。上邊說的case1和2俺都遇到過。有兩本比較好的讀物推薦如下。第二本是比較深入的介紹。Grounding and Shielding. 5th Edition. RALPH MORRISONIEEE142. Grounding of Industrial and Commercial Power Systems.

數(shù)?；旌想娐返脑O(shè)計，很大一部分是要考慮地的分割。分割原理就是要遵循上邊所屬的共性。好多爭論是用同一的地平面好，還是數(shù)字模擬地分開。其實兩者都可以， 關(guān)鍵是要讓數(shù)字和模擬信號的回路盡量減少交叉和共享。初學(xué)者可能很容易注意把電路圖上的數(shù)字模擬信號線分開，減小回路面積并盡量不混雜在一起。但忘記了所 謂“信號”是需要一個回路的，即“有去有回”。信號回來的路徑就是“地線”。所以數(shù)字和模擬信號的“回來的路徑”應(yīng)該不要重疊。最簡單的方法就是把兩者的 地分開，并且數(shù)字信號線要布在數(shù)字地平面上，模擬信號線要布在模擬地平面上。不要交叉。一個常犯的錯誤，地分開了，但還有數(shù)字線布在了模擬的參考平面上。 如果有MCU的數(shù)字信號需要去控制模擬器件，這些線要從單點連接的部分通過?；旌想娐芬笤O(shè)計工程師和布線工程師有很好的互動或者生成完善的PCB布線要 求文檔。

像本文一開始講的，接地的策略很復(fù)雜，以上原則不見得適合所有情形：

一種情形是一點接地或者樹形接地有時不那么容易實現(xiàn)。比如板子上有幾個獨立的模擬電路（幾個分立的ADC電路）。這時應(yīng)該遵循上邊所敘的沒有共用回路的原 則。地線也不一定非要單點接地。只要互相之間沒有共同回路即可。對于大電流的輸出級，直接將其回路連接到電源的輸入端，使得其干擾不流過板子的任何地參考 面。

還有一種情形是很多的數(shù)字信號需要去連接模擬器件，或者模擬信號要連接到MCU中的ADC。采用單點接地的方式會引入一個大的信號環(huán)路，形成的電感和輻射會 帶來串?dāng)_。這時可以采用統(tǒng)一地面。但在區(qū)域上要嚴(yán)格分開并遵循互不交叉的原則：數(shù)字信號線要布在數(shù)字地平面上，模擬信號線要布在模擬地平面上。即使采用分 割地面，在不同區(qū)域預(yù)留一些互聯(lián)的0歐姆電阻是一個折中的方案。有時你會看到好多Analog Device的evaluation board上也是這么做的?？赡苷f明了他們也心存疑慮啊，呵呵。

電源也是一個公共通路，其設(shè)計是否也該采用上述方法呢？大多實踐證明電源采用樹形連接的方案優(yōu)于平面的方案。各個部分的電源樹形連接到電源的源頭，這樣就徹 底避免了共用電源通路間的互擾。尤其是大電流部分比如輸出功率電路，高電壓部分比如被控制的電器設(shè)備。這種情形下使用公共的電源平面會帶來很大的串?dāng)_。

對于數(shù)?；旌舷到y(tǒng)的接地分析，本人感覺Analog Device的一本ADC設(shè)計指南(Analog_Digital Conversion)講的最清晰。接地的論述在其第九部分Hardware Design Techniques.最后，沒有金科玉律，不要糾纏在一點不放：電路設(shè)計是一種折中的藝術(shù):-)

對于第一點，參見圖一所示。同樣從A到B的一條信號線，低頻去時從PCB的trace走，回來時從圖示紅色最短的電阻通路。而高頻回來時則沿著trace下 邊的地平面回來，因為這時來去包圍的面積最小，電感最小！如果信號跨過地平面上的一個開口或者地的不連續(xù)區(qū)域，則來的信號就在此形成一個回路，這容易產(chǎn)生 干擾。所以高頻（模擬信號）要在布在自己的連續(xù)參考平面上。

對于第二點，只是分割地平面還不行，還要考慮不同域的信號不要有交叉，不要布線在別的域上邊。圖二下邊兩個分割是正確的。右邊那個雖然沒分割，但遵從了上邊 的原則2），一樣產(chǎn)生滿意的效果。左上圖那個雖然分割了，但數(shù)字信號布線在了模擬域上，在圓圈所示的兩個區(qū)域存在相互干擾的loop。對于有A/D，D /A的混合系統(tǒng)，最理想的方式是轉(zhuǎn)換器件放在模擬與數(shù)字域相連部分的上邊。如左下圖所示。即使由于各種原因做不到，也至少采用右上圖方式：數(shù)字線沿著自己 的參考平面從數(shù)模連接處進(jìn)出。切忌隨意采用左上圖的方式。

電源平面的準(zhǔn)則比較清晰： 堅決反對大電源平面策略。嚴(yán)格采用樹形電源分配。樹根在電源的入口。

這點有的dx可能有異議，有經(jīng)驗的dx能準(zhǔn)確感覺到信號的來回通路，并能通過布局實現(xiàn)相互的隔離和串?dāng)_，也可以不遵守本條。但對于你我還沒掌握到那個火候時，還是遵循點簡單明了的策略為妙。

對于大電流大功率電路部分，除了電源樹形配電外，地平面也要樹形連接到電源的入口處。