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電路高速設計

發布時間:2023-03-22 14:55:07

① 什麼是高速PCB

PCB布線
在PCB設計中,布線是完成產品設計的重要步驟,可以說前面的准備工作都是為它而做的, 在整個PCB中,以布線的設計過程限定最高,技巧最細、工作量最大。PCB布線有單面布線、 雙面布線及多層布線。布線的方式也有兩種:自動布線及互動式布線,在自動布線之前, 可以用互動式預先對要求比較嚴格的線進行布線,輸入端與輸出端的邊線應避免相鄰平行, 以免產生反射干擾。必要時應加地線隔離,兩相鄰層的布線要互相垂直,平行容易產生寄生耦合。
自動布線的布通率,依賴於良好的布局,布線規則可以預先設定, 包括走線的彎曲次數、導通孔的數目、步進的數目等。一般先進行探索式布經線,快速地把短線連通, 然後進行迷宮式布線,先把要布的連線進行全局的布線路徑優化,它可以根據需要斷開已布的線。 並試著重新再布線,以改進總體效果。
對目前高密度的PCB設計已感覺到貫通孔不太適應了, 它浪費了許多寶貴的布線通道,為解決這一矛盾,出現了盲孔和埋孔技術,它不僅完成了導通孔的作用, 還省出許多布線通道使布線過程完成得更加方便,更加流暢,更為完善,PCB 板的設計過程是一個復雜而又簡單的過程,要想很好地掌握它,還需廣大電子工程設計人員去自已體會, 才能得到其中的真諦。

1 電源、地線的處理
既使在整個PCB板中的布線完成得都很好,但由於電源、 地線的考慮不周到而引起的干擾,會使產品的性能下降,有時甚至影響到產品的成功率。所以對電、 地線的布線要認真對待,把電、地線所產生的噪音干擾降到最低限度,以保證產品的質量。
對每個從事電子產品設計的工程人員來說都明白地線與電源線之間噪音所產生的原因, 現只對降低式抑制噪音作以表述:
(1)、眾所周知的是在電源、地線之間加上去耦電容。
(2)、盡量加寬電源、地線寬度,最好是地線比電源線寬,它們的關系是:地線>電源線>信號線,通常信號線寬為:0.2~0.3mm,最經細寬度可達0.05~0.07mm,電源線為1.2~2.5 mm
對數字電路的PCB可用寬的地導線組成一個迴路, 即構成一個地網來使用(模擬電路的地不能這樣使用)
(3)、用大面積銅層作地線用,在印製板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用。或是做成多層板,電源,地線各佔用一層。

2 數字電路與模擬電路的共地處理
現在有許多PCB不再是單一功能電路(數字或模擬電路),而是由數字電路和模擬電路混合構成的。因此在布線時就需要考慮它們之間互相干擾問題,特別是地線上的噪音干擾。
數字電路的頻率高,模擬電路的敏感度強,對信號線來說,高頻的信號線盡可能遠離敏感的模擬電路器件,對地線來說,整人PCB對外界只有一個結點,所以必須在PCB內部進行處理數、模共地的問題,而在板內部數字地和模擬地實際上是分開的它們之間互不相連,只是在PCB與外界連接的介面處(如插頭等)。數字地與模擬地有一點短接,請注意,只有一個連接點。也有在PCB上不共地的,這由系統設計來決定。

3 信號線布在電(地)層上
在多層印製板布線時,由於在信號線層沒有布完的線剩下已經不多,再多加層數就會造成浪費也會給生產增加一定的工作量,成本也相應增加了,為解決這個矛盾,可以考慮在電(地)層上進行布線。首先應考慮用電源層,其次才是地層。因為最好是保留地層的完整性。

4 大面積導體中連接腿的處理
在大面積的接地(電)中,常用元器件的腿與其連接,對連接腿的處理需要進行綜合的考慮,就電氣性能而言,元件腿的焊盤與銅面滿接為好,但對元件的焊接裝配就存在一些不良隱患如:①焊接需要大功率加熱器。②容易造成虛焊點。所以兼顧電氣性能與工藝需要,做成十字花焊盤,稱之為熱隔離(heat shield)俗稱熱焊盤(Thermal),這樣,可使在焊接時因截面過分散熱而產生虛焊點的可能性大大減少。多層板的接電(地)層腿的處理相同。

5 布線中網路系統的作用
在許多CAD系統中,布線是依據網路系統決定的。網格過密,通路雖然有所增加,但步進太小,圖場的數據量過大,這必然對設備的存貯空間有更高的要求,同時也對象計算機類電子產品的運算速度有極大的影響。而有些通路是無效的,如被元件腿的焊盤佔用的或被安裝孔、定們孔所佔用的等。網格過疏,通路太少對布通率的影響極大。所以要有一個疏密合理的網格系統來支持布線的進行。
標准元器件兩腿之間的距離為0.1英寸(2.54mm),所以網格系統的基礎一般就定為0.1英寸(2.54 mm)或小於0.1英寸的整倍數,如:0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

6 設計規則檢查(DRC)
布線設計完成後,需認真檢查布線設計是否符合設計者所制定的規則,同時也需確認所制定的規則是否符合印製板生產工藝的需求,一般檢查有如下幾個方面:

(1)、線與線,線與元件焊盤,線與貫通孔,元件焊盤與貫通孔,貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理,是否滿足生產要求。
(2)、電源線和地線的寬度是否合適,電源與地線之間是否緊耦合(低的波阻抗)?在PCB中是否還有能讓地線加寬的地方。
(3)、對於關鍵的信號線是否採取了最佳措施,如長度最短,加保護線,輸入線及輸出線被明顯地分開。
(4)、模擬電路和數字電路部分,是否有各自獨立的地線。
(5)後加在PCB中的圖形(如圖標、注標)是否會造成信號短路。
(6)對一些不理想的線形進行修改。
(7)、在PCB上是否加有工藝線?阻焊是否符合生產工藝的要求,阻焊尺寸是否合適,字元標志是否壓在器件焊盤上,以免影響電裝質量。
(8)、多層板中的電源地層的外框邊緣是否縮小,如電源地層的銅箔露出板外容易造成短路。

第二篇 PCB布局
在設計中,布局是一個重要的環節。布局結果的好壞將直接影響布線的效果,因此可以這樣認為,合理的布局是PCB設計成功的第一步。
布局的方式分兩種,一種是互動式布局,另一種是自動布局,一般是在自動布局的基礎上用互動式布局進行調整,在布局時還可根據走線的情況對門電路進行再分配,將兩個門電路進行交換,使其成為便於布線的最佳布局。在布局完成後,還可對設計文件及有關信息進行返回標注於原理圖,使得PCB板中的有關信息與原理圖相一致,以便在今後的建檔、更改設計能同步起來, 同時對模擬的有關信息進行更新,使得能對電路的電氣性能及功能進行板級驗證。

--考慮整體美觀
一個產品的成功與否,一是要注重內在質量,二是兼顧整體的美觀,兩者都較完美才能認為該產品是成功的。
在一個PCB板上,元件的布局要求要均衡,疏密有序,不能頭重腳輕或一頭沉。

--布局的檢查
印製板尺寸是否與加工圖紙尺寸相符?能否符合PCB製造工藝要求?有無定位標記?
元件在二維、三維空間上有無沖突?
元件布局是否疏密有序,排列整齊?是否全部布完?
需經常更換的元件能否方便的更換?插件板插入設備是否方便?
熱敏元件與發熱元件之間是否有適當的距離?
調整可調元件是否方便?
在需要散熱的地方,裝了散熱器沒有?空氣流是否通暢?
信號流程是否順暢且互連最短?
插頭、插座等與機械設計是否矛盾?
線路的干擾問題是否有所考慮?

第三篇 高速PCB設計
(一)、電子系統設計所面臨的挑戰

隨著系統設計復雜性和集成度的大規模提高,電子系統設計師們正在從事100MHZ以上的電路設計,匯流排的工作頻率也已經達到或者超過50MHZ,有的甚至超過100MHZ。目前約50% 的設計的時鍾頻率超過50MHz,將近20% 的設計主頻超過120MHz。
當系統工作在50MHz時,將產生傳輸線效應和信號的完整性問題;而當系統時鍾達到120MHz時,除非使用高速電路設計知識,否則基於傳統方法設計的PCB將無法工作。因此,高速電路設計技術已經成為電子系統設計師必須採取的設計手段。只有通過使用高速電路設計師的設計技術,才能實現設計過程的可控性。

(二)、什麼是高速電路

通常認為如果數字邏輯電路的頻率達到或者超過45MHZ~50MHZ,而且工作在這個頻率之上的電路已經佔到了整個電子系統一定的份量(比如說1/3),就稱為高速電路。
實際上,信號邊沿的諧波頻率比信號本身的頻率高,是信號快速變化的上升沿與下降沿(或稱信號的跳變)引發了信號傳輸的非預期結果。因此,通常約定如果線傳播延時大於1/2數字信號驅動端的上升時間,則認為此類信號是高速信號並產生傳輸線效應。
信號的傳遞發生在信號狀態改變的瞬間,如上升或下降時間。信號從驅動端到接收端經過一段固定的時間,如果傳輸時間小於1/2的上升或下降時間,那麼來自接收端的反射信號將在信號改變狀態之前到達驅動端。反之,反射信號將在信號改變狀態之後到達驅動端。如果反射信號很強,疊加的波形就有可能會改變邏輯狀態。

(三)、高速信號的確定

上面我們定義了傳輸線效應發生的前提條件,但是如何得知線延時是否大於1/2驅動端的信號上升時間? 一般地,信號上升時間的典型值可通過器件手冊給出,而信號的傳播時間在PCB設計中由實際布線長度決定。下圖為信號上升時間和允許的布線長度(延時)的對應關系。
PCB 板上每單位英寸的延時為 0.167ns.。但是,如果過孔多,器件管腳多,網線上設置的約束多,延時將增大。通常高速邏輯器件的信號上升時間大約為0.2ns。如果板上有GaAs晶元,則最大布線長度為7.62mm。
設Tr 為信號上升時間, Tpd 為信號線傳播延時。如果Tr≥4Tpd,信號落在安全區域。如果2Tpd≥Tr≥4Tpd,信號落在不確定區域。如果Tr≤2Tpd,信號落在問題區域。對於落在不確定區域及問題區域的信號,應該使用高速布線方法。

(四)、什麼是傳輸線

PCB板上的走線可等效為下圖所示的串聯和並聯的電容、電阻和電感結構。串聯電阻的典型值0.25-0.55 ohms/foot,因為絕緣層的緣故,並聯電阻阻值通常很高。將寄生電阻、電容和電感加到實際的PCB連線中之後,連線上的最終阻抗稱為特徵阻抗Zo。線徑越寬,距電源/地越近,或隔離層的介電常數越高,特徵阻抗就越小。如果傳輸線和接收端的阻抗不匹配,那麼輸出的電流信號和信號最終的穩定狀態將不同,這就引起信號在接收端產生反射,這個反射信號將傳回信號發射端並再次反射回來。隨著能量的減弱反射信號的幅度將減小,直到信號的電壓和電流達到穩定。這種效應被稱為振盪,信號的振盪在信號的上升沿和下降沿經常可以看到。

(五)、傳輸線效應

基於上述定義的傳輸線模型,歸納起來,傳輸線會對整個電路設計帶來以下效應。
• 反射信號Reflected signals
• 延時和時序錯誤Delay & Timing errors
• 多次跨越邏輯電平門限錯誤False Switching
• 過沖與下沖Overshoot/Undershoot
• 串擾Inced Noise (or crosstalk)
• 電磁輻射EMI radiation

5.1 反射信號
如果一根走線沒有被正確終結(終端匹配),那麼來自於驅動端的信號脈沖在接收端被反射,從而引發不預期效應,使信號輪廓失真。當失真變形非常顯著時可導致多種錯誤,引起設計失敗。同時,失真變形的信號對雜訊的敏感性增加了,也會引起設計失敗。如果上述情況沒有被足夠考慮,EMI將顯著增加,這就不單單影響自身設計結果,還會造成整個系統的失敗。
反射信號產生的主要原因:過長的走線;未被匹配終結的傳輸線,過量電容或電感以及阻抗失配。

5.2 延時和時序錯誤
信號延時和時序錯誤表現為:信號在邏輯電平的高與低門限之間變化時保持一段時間信號不跳變。過多的信號延時可能導致時序錯誤和器件功能的混亂。
通常在有多個接收端時會出現問題。電路設計師必須確定最壞情況下的時間延時以確保設計的正確性。信號延時產生的原因:驅動過載,走線過長。

5.3 多次跨越邏輯電平門限錯誤
信號在跳變的過程中可能多次跨越邏輯電平門限從而導致這一類型的錯誤。多次跨越邏輯電平門限錯誤是信號振盪的一種特殊的形式,即信號的振盪發生在邏輯電平門限附近,多次跨越邏輯電平門限會導致邏輯功能紊亂。反射信號產生的原因:過長的走線,未被終結的傳輸線,過量電容或電感以及阻抗失配。

5.4 過沖與下沖
過沖與下沖來源於走線過長或者信號變化太快兩方面的原因。雖然大多數元件接收端有輸入保護二極體保護,但有時這些過沖電平會遠遠超過元件電源電壓范圍,損壞元器件。

5.5 串擾
串擾表現為在一根信號線上有信號通過時,在PCB板上與之相鄰的信號線上就會感應出相關的信號,我們稱之為串擾。
信號線距離地線越近,線間距越大,產生的串擾信號越小。非同步信號和時鍾信號更容易產生串擾。因此解串擾的方法是移開發生串擾的信號或屏蔽被嚴重干擾的信號。
5.6 電磁輻射
EMI(Electro-Magnetic Interference)即電磁干擾,產生的問題包含過量的電磁輻射及對電磁輻射的敏感性兩方面。EMI表現為當數字系統加電運行時,會對周圍環境輻射電磁波,從而干擾周圍環境中電子設備的正常工作。它產生的主要原因是電路工作頻率太高以及布局布線不合理。目前已有進行 EMI模擬的軟體工具,但EMI模擬器都很昂貴,模擬參數和邊界條件設置又很困難,這將直接影響模擬結果的准確性和實用性。最通常的做法是將控制EMI的各項設計規則應用在設計的每一環節,實現在設計各環節上的規則驅動和控制。

(六)、避免傳輸線效應的方法
針對上述傳輸線問題所引入的影響,我們從以下幾方面談談控制這些影響的方法。

6.1 嚴格控制關鍵網線的走線長度
如果設計中有高速跳變的邊沿,就必須考慮到在PCB板上存在傳輸線效應的問題。現在普遍使用的很高時鍾頻率的快速集成電路晶元更是存在這樣的問題。解決這個問題有一些基本原則:如果採用CMOS或TTL電路進行設計,工作頻率小於10MHz,布線長度應不大於7英寸。工作頻率在50MHz布線長度應不大於1.5英寸。如果工作頻率達到或超過75MHz布線長度應在1英寸。對於GaAs晶元最大的布線長度應為0.3英寸。如果超過這個標准,就存在傳輸線的問題。

6.2 合理規劃走線的拓撲結構
解決傳輸線效應的另一個方法是選擇正確的布線路徑和終端拓撲結構。走線的拓撲結構是指一根網線的布線順序及布線結構。當使用高速邏輯器件時,除非走線分支長度保持很短,否則邊沿快速變化的信號將被信號主幹走線上的分支走線所扭曲。通常情形下,PCB走線採用兩種基本拓撲結構,即菊花鏈(Daisy Chain)布線和星形(Star)分布。
對於菊花鏈布線,布線從驅動端開始,依次到達各接收端。如果使用串聯電阻來改變信號特性,串聯電阻的位置應該緊靠驅動端。在控制走線的高次諧波干擾方面,菊花鏈走線效果最好。但這種走線方式布通率最低,不容易100%布通。實際設計中,我們是使菊花鏈布線中分支長度盡可能短,安全的長度值應該是:Stub Delay <= Trt *0.1.
例如,高速TTL電路中的分支端長度應小於1.5英寸。這種拓撲結構佔用的布線空間較小並可用單一電阻匹配終結。但是這種走線結構使得在不同的信號接收端信號的接收是不同步的。
星形拓撲結構可以有效的避免時鍾信號的不同步問題,但在密度很高的PCB板上手工完成布線十分困難。採用自動布線器是完成星型布線的最好的方法。每條分支上都需要終端電阻。終端電阻的阻值應和連線的特徵阻抗相匹配。這可通過手工計算,也可通過CAD工具計算出特徵阻抗值和終端匹配電阻值。

在上面的兩個例子中使用了簡單的終端電阻,實際中可選擇使用更復雜的匹配終端。第一種選擇是RC匹配終端。RC匹配終端可以減少功率消耗,但只能使用於信號工作比較穩定的情況。這種方式最適合於對時鍾線信號進行匹配處理。其缺點是RC匹配終端中的電容可能影響信號的形狀和傳播速度。
串聯電阻匹配終端不會產生額外的功率消耗,但會減慢信號的傳輸。這種方式用於時間延遲影響不大的匯流排驅動電路。 串聯電阻匹配終端的優勢還在於可以減少板上器件的使用數量和連線密度。
最後一種方式為分離匹配終端,這種方式匹配元件需要放置在接收端附近。其優點是不會拉低信號,並且可以很好的避免雜訊。典型的用於TTL輸入信號(ACT, HCT, FAST)。
此外,對於終端匹配電阻的封裝型式和安裝型式也必須考慮。通常SMD表面貼裝電阻比通孔元件具有較低的電感,所以SMD封裝元件成為首選。如果選擇普通直插電阻也有兩種安裝方式可選:垂直方式和水平方式。
垂直安裝方式中電阻的一條安裝管腳很短,可以減少電阻和電路板間的熱阻,使電阻的熱量更加容易散發到空氣中。但較長的垂直安裝會增加電阻的電感。水平安裝方式因安裝較低有更低的電感。但過熱的電阻會出現漂移,在最壞的情況下電阻成為開路,造成PCB走線終結匹配失效,成為潛在的失敗因素。

6.3 抑止電磁干擾的方法
很好地解決信號完整性問題將改善PCB板的電磁兼容性(EMC)。其中非常重要的是保證PCB板有很好的接地。對復雜的設計採用一個信號層配一個地線層是十分有效的方法。此外,使電路板的最外層信號的密度最小也是減少電磁輻射的好方法,這種方法可採用"表面積層"技術"Build-up"設計製做PCB來實現。表面積層通過在普通工藝 PCB 上增加薄絕緣層和用於貫穿這些層的微孔的組合來實現 ,電阻和電容可埋在表層下,單位面積上的走線密度會增加近一倍,因而可降低 PCB的體積。PCB 面積的縮小對走線的拓撲結構有巨大的影響,這意味著縮小的電流迴路,縮小的分支走線長度,而電磁輻射近似正比於電流迴路的面積;同時小體積特徵意味著高密度引腳封裝器件可以被使用,這又使得連線長度下降,從而電流迴路減小,提高電磁兼容特性。

6.4 其它可採用技術
為減小集成電路晶元電源上的電壓瞬時過沖,應該為集成電路晶元添加去耦電容。這可以有效去除電源上的毛刺的影響並減少在印製板上的電源環路的輻射。
當去耦電容直接連接在集成電路的電源管腿上而不是連接在電源層上時,其平滑毛刺的效果最好。這就是為什麼有一些器件插座上帶有去耦電容,而有的器件要求去耦電容距器件的距離要足夠的小。
任何高速和高功耗的器件應盡量放置在一起以減少電源電壓瞬時過沖。
如果沒有電源層,那麼長的電源連線會在信號和迴路間形成環路,成為輻射源和易感應電路。
走線構成一個不穿過同一網線或其它走線的環路的情況稱為開環。如果環路穿過同一網線其它走線則構成閉環。兩種情況都會形成天線效應(線天線和環形天線)。天線對外產生EMI輻射,同時自身也是敏感電路。閉環是一個必須考慮的問題,因為它產生的輻射與閉環面積近似成正比。

結束語
高速電路設計是一個非常復雜的設計過程,ZUKEN公司的高速電路布線演算法(Route Editor)和EMC/EMI分析軟體(INCASES,Hot-Stage)應用於分析和發現問題。本文所闡述的方法就是專門針對解決這些高速電路設計問題的。此外,在進行高速電路設計時有多個因素需要加以考慮,這些因素有時互相對立。如高速器件布局時位置靠近,雖可以減少延時,但可能產生串擾和顯著的熱效應。因此在設計中,需權衡各因素,做出全面的折衷考慮;既滿足設計要求,又降低設計復雜度。高速PCB設計手段的採用構成了設計過程的可控性,只有可控的,才是可靠的,也才能是成功的!
參考資料:高速PCB設計指南

② 高速電路的設計與一般電路的設計有何不同

高速電路跟一般電路設計最大的不同是分布電容和分布電感對電路的影版響。
一般電路由於權速度低,分布電容和引腳分布電感都忽略不計,因此設計電路非常容易。
高速電路中,輸入輸出的分布電容會對信號有非常嚴重的分流作用而產生消耗,引腳的電感又會產生很大的電流阻礙和延遲作用,為了使輸出信號邊緣陡直,輸出就必須有很強的電流輸出能力,這就要求輸出晶體管能有大電流輸出能力和非常低的輸出阻抗,這樣電路的功耗就會變得很大,為了降低功耗就必須降低工作電壓,降低工作電壓後信號傳輸雜訊又容易淹沒信號,因此相互矛盾。所以現在的CPU為了提高時鍾頻率都盡量的縮小晶元的面積減少分布電容和分布電感,同時盡量降低供電電壓降低功耗,這樣就出現了18nm工藝及超低電壓工作的器件,也相應的有部分發燒友採用提高供電電壓增加冷卻系統的手段來達到超頻的目的等。
從這里來看,要速就必然有大功耗和小體積,因此功率大的變頻器調制頻率始終作不高,因為功耗無法接受,再就是伺服器耗電始終作不小,因為高速電路負載電流必然很大,供電電壓又不能太低影響信號傳輸的可靠性。

③ 高速pcb設計注意事項

當信號在高速PCB板上沿傳輸線傳輸時可能會產生信號完整性問題。橘塵意法半導體的網友tongyang問:對於一組匯流排(地址,數據,命令)驅動多達4、5個設備(FLASH、SDRAM等)的情況,在PCB布線時,是匯流排依次到達各設備,如先連到SDRAM,再到FLASH……還是匯流排呈星型分布,即從某處分離,分別連到各設備。這兩種方式在信號完整性上.
對此,李寶龍指出,布線拓撲對信號完整性的影響,主要反映在各個節點上信號到達時刻不一致,反射信號同樣到達某節點的時刻不一致,所以造成信號質量惡辯猜化。一般來講,星型拓撲結構,可以通過控制同樣長的幾個分支,使信號傳輸和反射時延一致,達到比較好的信號質量。在使用拓撲之間,要考慮到信號拓撲節點情況、實際工作原理和布線難度。不同的Buffer,對於信號的反射影響也不一致,所以星型拓撲並不能很好解決上述數據地址匯流排連接到FLASH和SDRAM的時延,進而無法確保信號的質量;另一方面,高速的信號一般在DSP和SDRAM之間通信,FLASH載入時的速率並不高,所以在高速模擬時只要確保實際高速信號有效工作的節點處的波形,而無需關注FLASH處波形;星型拓撲比較菊花鏈等拓撲來講,布線難度較大,尤其大量數據地址信號都採用星型拓撲時。
焊盤對高速信號的影響
在PCB中,從設計的角度來看一個過孔主要由兩部分組成:中間的鑽孔和鑽孔周圍的焊盤。有名為fulonm的工程師請教嘉賓焊盤對高速信號有何影響,對此,李寶龍表示:焊盤對高速信號有影響,其影響類似器件的封裝對器件的影響。詳細的分析,信號從IC內出來以後,經過邦定線、管腳、封裝外殼、焊盤、焊錫到達傳輸線,這個過程中的所有關節都會影響信號的質量。但實際分析時,很難給出焊盤、焊錫加上管腳的具體參數。所以一般就用IBIS模型中的封裝的參數將他們都概括了,當然這樣的分析在較低的頻率上可以接收,但對於更高頻率信號更高精度模擬就不夠精確。現在的一個趨勢是用IBIS的V-I、V-T曲線描述Buffer特性,用SPICE模型描述封裝參數。
如何抑制電磁干擾
PCB是產生電磁干擾(EMI)的源頭,所以PCB設計直接關繫到電子產品的電磁兼容性(EMC)。如果在高速PCB設計中對EMC/EMI予以重視,將有助縮短產品研發周期加快產品上市時間。因此,不少工程師在此次論壇中非常關注抑制電磁干擾的問題。例如,無錫祥生醫學影像有限責任公司的舒劍表示,在EMC測試中發現時鍾信號的諧波超標十分嚴重,請問是不是要對使用到時鍾信號的IC的電源引腳做特殊處理,目前只是在電源引腳上連接去耦電容。在PCB設計中還有需要注意哪些方面以抑止電磁輻射呢?對此,李寶龍指出,EMC的三要素為輻射源,傳播途徑和受害體。傳播途徑分為空間輻射傳播和電纜傳導。所以要抑制諧波,首先看看它傳播的途徑。電源去耦是解決傳導方式傳播,此外,必要的匹配和屏蔽也是需要的。
李寶龍也在回答WHITE網友的問題時指出,濾波是解決EMC通過傳導途徑輻射的一個好辦法,除此之外,還可以從干擾源和受害體方面入手考慮。干擾源方面,試著用示波器檢查一下信號上升沿是否太快,存在反射或Overshoot、undershoot或ringing,如果有,可以考慮匹配;另外盡量避免做50%占空比的信號,因為這種信號沒有偶次諧波,高頻分量更多。受害體方面,可以考慮包地等措施。
RF布線是選擇過孔還是打彎布線
對此,李寶龍指出,分析RF電路的迴流路徑,與高速數字電路中信號迴流不太一樣。二者有共同點,都是分布參數電路,都是應用Maxwell方程計算電路的特性。但射頻電路是模擬電路,有電路中電壓V=V(t)、電流I=I(t)兩個變數都需要進行控制,而數字電路只關注信號電壓的變化V=V(t)。因此,在RF布線中,除了考慮信號迴流外,還需要考慮布線對電流的影響。即打彎布線和過孔對信號電流有沒有影響。此外,大多數RF板都是單面或雙面PCB,並沒有完整的平面層,迴流路徑分布在信號周圍各個地和電源上,模擬時需要使用3D場提取工具分析,這時候打彎布線和過孔的迴流需要具體分析;高速數字電路分析一般只處理有完整平面層的多層PCB,使用攜伍型2D場提取分析,只考慮在相鄰平面的信號迴流,過孔只作為一個集總參數的R-L-C處理。

④ 高速電路設計的主要方法有哪些

高速電路設計你好,以你的要求幫助。

⑤ 過孔的寄生電容和電感及如何使用過孔(針對高速電路設計)

舉例來說,對於一塊厚度為50Mil的PCB板,如果使用的過孔焊盤直徑為20Mil(鑽孔直徑為10Mils),阻焊區直徑為40Mil,則我們可以通過上面的公式近似算出過孔的寄生電容大致是: C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pF 這部分電容引起的上升時間變化量大致為: T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps 從這些數值可以看出,盡管單個過孔的寄生電容引起的上升延變緩的效用不是很明顯,但是如果走線中多次使用過孔進行層間的切換,就會用到多個過孔,設計時就要慎重考慮。實際設計中可以通過增大過孔和鋪銅區的距離(Anti-pad)或者減小焊盤的直徑來減小寄生電容。 過孔存在寄生電容的同時也存在著寄生電感,在高速數字電路的設計中,過孔的寄生電感帶來的危害往往大於寄生電容的影響。它的寄生串聯電感會削弱旁路電容的貢獻,減弱整個電源系統的濾波效用。者毀鄭我們可以用下面的經驗公式來簡單地計算一個過孔近似的寄生電感: L=5.08h[ln(4h/d)+1] 其中L指過孔的電感,h是過孔的長度,d是中心鑽孔的直徑。從式中可以看出,過孔的直徑對電感的影響較小,而對電感影響最大的是過孔的長度。仍然採用上面的例子,可以計算出過孔的電感為: L=5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH 如果信號的上升時間是1ns,那麼其等效阻抗大小為:XL=πL/T10-90=3.19Ω。這樣的阻抗在有高頻電流的通過已經不能夠被忽略,特別要注意,旁路電容在連接電源層和地層的時候需要通過兩個過孔,這樣過孔的寄生電感就首頌會成倍增加。 二、如何使用過孔 通過上面對過孔寄生特性的分析,我們可以看到,在高速PCB設計中,看似簡單的過孔往往也會給電路的設計帶來很大的負面效應。為了減小過孔的寄生效應帶來的不利影響,在設計中可以盡量做到: 1.從成本和信號質量兩方面考慮,選擇合理尺寸的過孔大小。必要時可以考慮使用不同尺寸余轎的過孔,比如對於電源或地線的過孔,可以考慮使用較大尺寸,以減小阻抗,而對於信號走線,則可以使用較小的過孔。當然隨著過孔尺寸減小,相應的成本也會增加。 2.上面討論的兩個公式可以得出,使用較薄的PCB板有利於減小過孔的兩種寄生參數。 3.PCB板上的信號走線盡量不換層,也就是說盡量不要使用不必要的過孔。 4.電源和地的管腳要就近打過孔,過孔和管腳之間的引線越短越好。可以考慮並聯打多個過孔,以減少等效電感。 5.在信號換層的過孔附近放置一些接地的過孔,以便為信號提供最近的迴路。甚至可以在PCB板上放置一些多餘的接地過孔。

⑥ 高速數字電路設計實際上是模擬電路設計 正確 錯誤

答案:錯誤
數字電路與模擬電路對於信號的處理方式完全不同,分屬於兩大電路體系,前者處理的是離散的二值邏輯信號,後者處理的是連續變化信號,無論高速與否兩者均有本質區別。

⑦ 關於高速數字設計電源LC濾波減小紋波的問題

1.濾波截止頻率計算公式為 f= 1/(2π√LC),主要根據具體的設計需求確定LC的取值~

2.在畫原理圖時候,並聯部分先後,不過做為良好的習慣,還是最好按照先濾除低頻後濾除高頻的來。但是在最終生成PCB是,就一定要嚴格按照這個需要,准確的排放電容~在晶元入口端再進行一次濾波是有必要的,因為在最終生成PCB板子後,可能電源濾波之後的晶元需要經過一段導線的連接才能到達供電晶元,而在這段導線經過的板子中,極可能收到導線附近晶元或者其他導線的干擾,所以,在進入晶元端都需要在進行一次濾波,保證供電電源的「純凈」。
3.數字地和模擬地在最終設計的時候,一般是單點接地的,這就是說整個板子的所有數字地集中後,再和所有模擬地集中的位置,僅僅在電路板的一點位置相連接。這樣做是為了避免數字信號和模擬信號的干擾。如果整個電路中,AGND和DGND都僅僅用一個GND表示,那麼在生成PCB時,系統會自動默認這兩個地是隨時導通的,那麼可能數字信號可能接入模擬信號的地,模擬信號接入數字信號地。造成數字模擬信號的干擾。AGND和DGND之間用0歐電阻連接,在實際上其實完全是導通的,只是為了給PCB軟體一個區分,避免在電路的中間就自動默認是聯通的。這方面,你可以詳細,了解下「單點接地」。
碼字辛苦啊~

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