21. 多個(gè)數(shù)/模地的接法
問:當(dāng)一塊PCB板中有多個(gè)數(shù)/模功能塊時(shí),常規(guī)做法是要將數(shù)/模地分開,并分別在一點(diǎn)相連。這樣,一塊PCB板上的地將被分割成多塊,而且如何相互連接也大成問題。但有人采用另外一種辦法,即在確保數(shù)/模分開布局,且數(shù)/模信號(hào)走線相互不交叉的情況下,整個(gè)PCB板地不做分割,數(shù)/模地都連到這個(gè)地平面上,這樣做有何道理,請(qǐng)專家指教。
答 將數(shù)/模地分開的原因是因?yàn)?a target="_blank">數(shù)字電路在高低電位切換時(shí)會(huì)在電源和地產(chǎn)生噪聲,噪聲的大小跟信號(hào)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(hào)不交叉, 模擬的信號(hào)依然會(huì)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(yuǎn)時(shí)使用。另外,數(shù)模信號(hào)走線不能交叉的要求是因?yàn)樗俣壬钥斓?a target="_blank">數(shù)字信號(hào)其返回電流路徑(return current path)會(huì)盡量沿著走線的下方附近的地流回?cái)?shù)字信號(hào)的源頭,若數(shù)模信號(hào)走線交叉,則返回電流所產(chǎn)生的噪聲便會(huì)出現(xiàn)在模擬電路區(qū)域內(nèi)
22.線路板設(shè)計(jì)與EMC!
問:線路板設(shè)計(jì)如果考慮EMC,必定提高不少成本。請(qǐng)問如何盡可能的答道EMC要求,又不致帶太大的成本壓力?謝謝。
答:PCB板上會(huì)因EMC而增加的成本通常是因增加地層數(shù)目以增強(qiáng)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(jī)構(gòu)上的屏蔽結(jié)構(gòu)才能使整個(gè)系統(tǒng)通過EMC的要求。以下僅就PCB板的設(shè)計(jì)技巧提供幾個(gè)降低電路產(chǎn)生的電磁輻射效應(yīng)。
1、盡可能選用信號(hào)斜率(slew rate)較慢的器件,以降低信號(hào)所產(chǎn)生的高頻成分。 2、注意高頻器件擺放的位置,不要太靠近對(duì)外的連接器。
3、注意高速信號(hào)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。
4、在各器件的電源管腳放置足夠與適當(dāng)?shù)娜ヱ詈?a href="http://m.xsypw.cn/tags/電容/" target="_blank">電容以緩和電源層和地層上的噪聲。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(jì)所需。
5、對(duì)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。
6、可適當(dāng)運(yùn)用ground guard/shunt traces在一些特別高速的信號(hào)旁。但要注意guard/shunt traces對(duì)走線特性阻抗的影響。
7、電源層比地層內(nèi)縮20H,H為電源層與地層之間的距離。????
23.GSM 手機(jī)PCB設(shè)計(jì)
問 : 請(qǐng)問專家GSM手機(jī)PCB設(shè)計(jì)有什么要求和技巧?
答: 手機(jī)PCB設(shè)計(jì)上的挑戰(zhàn)在于兩個(gè)地方:一是板面積小,二是有RF的電路。因?yàn)榭捎玫陌迕娣e有限,而又有數(shù)個(gè)不同特性的電路區(qū)域,如RF電路、電源電路、 話音模擬電路、一般的數(shù)字電路等,它們都各有不同的設(shè)計(jì)需求。
1、首先必須將RF與非RF的電路在板子上做適當(dāng)?shù)膮^(qū)隔。因?yàn)镽F的電源、地、及阻抗設(shè)計(jì)規(guī)范較嚴(yán)格。
2、因?yàn)榘迕娣e小,可能需要用盲埋孔(blind/buried via)以增加走線面積。
3、注意話音模擬電路的走線,不要被其它數(shù)字電路,RF電路等產(chǎn)生串?dāng)_現(xiàn)象。 除了拉大走線間距外,也可使用ground guard trace抑制串?dāng)_。
4、適當(dāng)做地層的分割, 尤其模擬電路的地要特別注意,不要被其它電路的地噪聲干擾。
5、注意各電路區(qū)域信號(hào)的回流電流路徑(return current path), 避免增加串?dāng)_的可能性。
24:pcb設(shè)計(jì)中需要注意哪些問題?
答 PCB設(shè)計(jì)時(shí)所要注意的問題隨著應(yīng)用產(chǎn)品的不同而不同。就象數(shù)字電路與仿真電路要注意的地方不盡相同那樣。以下僅概略的幾個(gè)要注意的原則。
1、PCB層疊的決定;包括電源層、地層、走線層的安排,各走線層的走線方向等。這些都會(huì)影響信號(hào)品質(zhì),甚至電磁輻射問題。
2、電源和地相關(guān)的走線與過孔(via)要盡量寬,盡量大。
3、不同特性電路的區(qū)域配置。良好的區(qū)域配置對(duì)走線的難易,甚至信號(hào)質(zhì)量都有相當(dāng)大的關(guān)系。
4、要配合生產(chǎn)工廠的制造工藝來設(shè)定DRC (Design Rule Check)及與測(cè)試相關(guān)的設(shè)計(jì)(如測(cè)試點(diǎn))。其它與電氣相關(guān)所要注意的問題就與電路特性有絕對(duì)的關(guān)系,例如,即便都是數(shù)字電路,是否注意走線的特性阻抗就要視該電路的速度與走線長(zhǎng)短而定。
25.有關(guān)高速PCB設(shè)計(jì)中的EMC、EMI問題
問:在高速PCB設(shè)計(jì)時(shí)我們使用的軟件都只不過是對(duì)設(shè)置好的EMC、EMI規(guī)則進(jìn)行檢查,而設(shè)計(jì)者應(yīng)該從那些方面去考慮EMC、EMI的規(guī)則呢怎樣設(shè)置規(guī)則呢我使用的是CADENCE公司的軟件。
答:一般EMI/EMC設(shè)計(jì)時(shí)需要同時(shí)考慮輻射(radiated)與傳導(dǎo)(conducted)兩個(gè)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(gè)好的EMI/EMC設(shè)計(jì)必須一開始布局時(shí)就要考慮到器件的位置, PCB迭層的安排, 重要聯(lián)機(jī)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(huì)事倍功半, 增加成本. 例如時(shí)鐘產(chǎn)生器的位置盡量不要靠近對(duì)外的連接器, 高速信號(hào)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(hào)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(shí)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(hào)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(diǎn)(chassis ground)。
26.關(guān)于PCB設(shè)計(jì)中的阻抗匹配問題
問:在高速PCB設(shè)計(jì)時(shí)為了防止反射就要考慮阻抗匹配,但由于PCB的加工工藝限制了阻抗的連續(xù)性而仿真又仿不到,在原理圖的設(shè)計(jì)時(shí)怎樣來考慮這個(gè)問題?另外關(guān)于IBIS模型,不知在那里能提供比較準(zhǔn)確的IBIS模型庫。我們從網(wǎng)上下載的庫大多數(shù)都不太準(zhǔn)確,很影響仿真的參考性。
答:在設(shè)計(jì)高速PCB電路時(shí),阻抗匹配是設(shè)計(jì)的要素之一。而阻抗值跟走線方式有絕對(duì)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(huì)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(huì)因線路模型或所使用的數(shù)學(xué)算法的限制而無法考慮到一些阻抗不連續(xù)的布線情況,這時(shí)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(shí)盡量注意避免阻抗不連續(xù)的發(fā)生。
????IBIS模型的準(zhǔn)確性直接影響到仿真的結(jié)果。基本上IBIS可看成是實(shí)際芯片I/O buffer等效電路的電氣特性資料,一般可由SPICE模型轉(zhuǎn)換而得 (亦可采用測(cè)量, 但限制較多),而SPICE的資料與芯片制造有絕對(duì)的關(guān)系,所以同樣一個(gè)器件不同芯片廠商提供,其SPICE的資料是不同的,進(jìn)而轉(zhuǎn)換后的IBIS模型內(nèi)之資料也會(huì)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)確模型資料,因?yàn)闆]有其它人會(huì)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(jìn)才是根本解決之道。
27. PCB設(shè)計(jì)工具比較
問:請(qǐng)問就你個(gè)人觀點(diǎn)而言:針對(duì)模擬電路(微波、高頻、低頻)、數(shù)字電路(微波、高頻、低頻)、模擬和數(shù)字混合電路(微波、高頻、低頻),目前PCB設(shè)計(jì)哪一種EDA工具有較好的性能價(jià)格比(含仿真)?可否分別說明。
答:限于本人應(yīng)用的了解,無法深入地比較EDA工具的性能價(jià)格比,選擇軟件要按照所應(yīng)用范疇來講,我主張的原則是夠用就好。
????常規(guī)的電路設(shè)計(jì),INNOVEDA 的 PADS 就非常不錯(cuò),且有配合用的仿真軟件,而這類設(shè)計(jì)往往占據(jù)了70%的應(yīng)用場(chǎng)合。在做高速電路設(shè)計(jì),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(jià)格比較好的軟件,當(dāng)然Mentor的性能還是非常不錯(cuò)的,特別是它的設(shè)計(jì)流程管理方面應(yīng)該是最為優(yōu)秀的。
以上觀點(diǎn)純屬個(gè)人觀點(diǎn)!
28.關(guān)于數(shù)/模分開布局與智能布局
問:當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)中既存在有RF小信號(hào),又有高速時(shí)鐘信號(hào)時(shí),通常我們采用數(shù)/模分開布局,通過物理隔離、濾波等方式減少電磁干擾,但是這樣對(duì)于小型化、高集成以及減小結(jié)構(gòu)加工成本來說當(dāng)然不利,而且效果仍然不一定滿意,因?yàn)椴还苁菙?shù)字接地還是模擬接地點(diǎn),最后都會(huì)接到機(jī)殼地上去,從而使得干擾通過接地耦合到前端,這是我們非常頭痛的問題,想請(qǐng)教專家這方面的措施。
答:既有RF小信號(hào),又有高速時(shí)鐘信號(hào)的情況較為復(fù)雜,干擾的原因需要做仔細(xì)的分析,并相應(yīng)的嘗試用不同的方法來解決。要按照具體的應(yīng)用來看,可以嘗試一下以下的方法。0:存在RF小信號(hào),高速時(shí)鐘信號(hào)時(shí),首先是要將電源的供應(yīng)分開,不宜采用開關(guān)電源,可以選用線性電源。
1:選擇RF小信號(hào),高速時(shí)鐘信號(hào)其中的一種信號(hào),連接采用屏蔽電纜的方式,應(yīng)該可以。
2:將數(shù)字的接地點(diǎn)與電源的地相連(要求電源的隔離度較好),模擬接地點(diǎn)接到機(jī)殼地上。
3:嘗試采用濾波的方式去除干擾。
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