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PCB的信号完整性与设计

在PCB的设计中,PCB设计人员需要把元器件的布局、布线及每种情况下应采用的何种SI问题解决方法综合起来,才能更好地解决PCB板的信号完整性问题.在某些情况下IC的选择能决定SI问题的数量和严重性.开关时间或边沿速率是指IC状态转换的速率,IC边沿速率越快,出现SI问题的可能性越高,正确地端接器件就很重要.PCB设计中减少信号完整性问题常用的方法是在传输线上增加端接元器件.在端接过程中,要权衡元器件数量、信号开关速度和电路功耗三方面的要求.例如增加端接元器件意味着PCB设计人员可用于布线的空间更少,而且在布局处理的后期增加端接元器件会更加困难,因为为新的元件和布线留出相应的空间.因此在PCB布局初期就应当搞清楚是否需要放置端接元器件.

1.信号完整性设计的一般准则:



PCB的层数如何定义?

包括采用多少层?各个层的内容如何安排合理?如应该有几层信号层、电源层和地层,信号层与地层如何交替排列等.



如何设计多种类的电源分块系统?

如3.3V、2.5V、3V、1.8V、5V、12V等等.电源层的合理分割和共地问题是PCB是否稳定的一个十分重要的因素.

如何配置退耦电容?

利用退耦电容来消除噪声是常用的手段,但如何确定其电容量?电容放置在什么位置?采用什么类型的电容等?



如何消除地弹噪声?



地弹噪声是如何影响和干扰有用信号的?

回路(Return Path)噪声如何消除?很多情况下,回路设计不合理是电路不工作的关键,而回路设计往往是工程师束手无策的工作。


如何合理设计电流的分配?

尤其是电/地层中电流的分配设计十分困难,而总电流在PCB板中的分配如果不均匀,会直接明显地影响PCB板的不稳定工作。

另外还有一些常见的如过冲、欠冲、振铃、传输线时延、阻抗匹配、串扰、毛刺等有关信号畸变的问题,但这些问题和上述问题是不可分割的,它们之间是因果关系.

抗ESD的PCB布局与布线设计

尽可能使用多层PCB板结构,在PCB板内层布置的电源和地平面。采用旁路和退耦电容。尽量将每一个信号层都紧靠一个电源层或地线层,对于顶层和底层表面都有元器件、具有很短连接线以及许多填充地的高密度PCB,可以考虑使用内层走线。

确保每一个功能电路和各功能电路之间的元器件布局尽可能紧凑,对易受ESD影响的电路或敏感元器件,应该放在靠近PCB板中心的区域,这样其它的电路可以为它们提供一定的屏蔽作用。在能被ESD直接击中的区域,每一个信号线附近都要布一条地线。

在ESD容易进入的设备I/0接口处以及人手经常需要触摸或操作的位置,比如复位键、通讯口、开/关机键、功能按键等。通常在接收端放置瞬态保护器、串联电阻或磁珠。

要确保信号线尽可能短,信号线的长度大于12inch(30cm)时,一定要平行布一条地线。

确保信号线和相应回路之间的环路面积尽可能小,对于长信号每隔几厘米或几英寸调换信号线和地线的位置来减小环路面积。

确保电源和地之间的环路面积尽可能小,在靠近集成电路芯片(IC)每一个电源管脚的地方放置一个高频电容。

在可能的情况下,要用地填充未使用的区域,每隔<2inch(5cm)距离将所有层的填充地连起来。

电源或地平面上开口长度超过8mm时,要用窄的导线将开口两侧连接起来。

复位线、中断信号线、或者边沿触发信号线不能布置在靠近PCB板边沿的地方。

在PCB板的整个外围四周布置环形地通路，尽可能使所有层的环形地宽度大于100mil。每隔500mil用过孔将所有层的环形地连接起来，信号线距离环形地>20mil(0.5mm)。

pcb多层板的优劣势是什么？

PCB多层板有什么优点，又有什么缺点呢？今天就为大家解释一下吧！

如果将PCB单面板和PCB多层板相比，先不讨论其内部质量如何，我们都可以通过表面看到差异。这些差异对于PCB在整个使用寿命内的耐久性和功能性非常重要。PCB多层板的主要优点：这种电路板具有抗氧化性。多样的结构、高密度、表面涂层技术，确保电路板的质量和安全，可以安全使用。以下是高可靠性多层板的重要特点，即PCB多层板的优缺点：

1.PCB多层板孔壁铜厚度为正常是25微米。

优点：增强的可靠性，包括改善的z轴扩展阻力。

缺点：但也存在着一定的风险：在实际使用的情况下，在吹出或脱气，组装过程中的电连接性（内层分离，孔壁破裂）或在负载条件下发生故障的可能性的问题。IPC Class2（大多数工厂的标准）要求PCB多层板镀铜少于20％。

2.无焊接修复或开路修复 。

优点：的电路确保可靠性和安全性，无需维护，无风险。

缺点：如果维修不当，PCB多层板是开放的。即使适当固定，在负载条件（振动等）下也可能存在故障的风险，这可能导致实际使用中的故障。

3.超出IPC规范的清洁度要求。

优点：提高PCB多层板清洁度可提高可靠性。

风险：接线板上的残留物，焊料的积聚会给防焊层带来风险，离子残留物会导致焊接表面被腐蚀和污染的风险，这可能导致可靠性问题（差焊接点/电气故障）并终增加实际故障发生的概率。

4.严格控制每个表面处理的使用寿命。

优点：焊接，可靠性和降低水分侵入的风险。

风险：是旧PCB多层板的表面处理可能导致金相变化，可能会有焊锡性问题，而水分侵入可能导致组装过程中的问题或分层的实际使用，内壁和壁壁的分离（开路）等。

无论是在制造组装流程还是在实际使用中，PCB多层板都要具有可靠的性能，当然这个跟PCB打板工厂的设备、工艺技术水平都有一定的关联。