【正文】 ： ； :； 群： 高速 PCB 設(shè)計(jì)指南之七 第一篇 PCB 基本概念 “層 (Layer) ”的概念 與字處理或其它許多軟件中為實(shí)現(xiàn)圖、文、色彩等的嵌套與合成而引入的“層 ”的概念有所同， Protel 的 “層 ”不是虛擬的，而是印刷板材料本身實(shí)實(shí)在在的各銅箔層。現(xiàn)今，由于電子線路的元件密集安裝。防干擾和布線等特殊要 求，一些較新的電子產(chǎn)品中所用的印刷板不僅有上下兩面供走線，在板的中間還設(shè)有能被特殊加工的夾層銅箔，例如，現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)主板所用的印板材料多在 4 層以上。這些層因加工相對較難而大多用于設(shè)置走線較為簡單的電源布線層（如軟件中的Ground Dever 和 Power Dever），并常用大面積填充的辦法來布線（如軟件中的ExternaI P1a11e 和 Fill）。上下位置的表面層與中間各層需要連通的地方用軟件中提到的所謂 “過孔（ Via） ”來溝通。有了以上解釋，就不難理解 “多層焊盤 ”和 “布線層設(shè)置 ”的有關(guān)概念了。舉個簡單 的例子，不少人布線完成，到打印出來時方才發(fā)現(xiàn)很多連線的終端都沒有焊盤，其實(shí)這是自己添加器件庫時忽略了 “層 ”的概念，沒把自己繪制封裝的焊盤特性定義為 ”多層（ Mulii 一 Layer）的緣故。要提醒的是，一旦選定了所用印板的層數(shù)，務(wù)必關(guān)閉那些未被使用的層，免得惹事生非走彎路。 過孔 (Via) 為連通各層之間的線路，在各層需要連通的導(dǎo)線的文匯處鉆上一個公共孔，這就是過孔。工藝上在過孔的孔壁圓柱面上用化學(xué)沉積的方法鍍上一層金屬，用以連通中間各層需要連通的銅箔，而過孔的上下兩面做成普通的焊盤形狀，可直接與上 下兩面的線路相通，也可不連。一般而言，設(shè)計(jì)線路時對過孔的處理有以下原則： （ 1） 盡量少用過孔，一旦選用了過孔，務(wù)必處理好它與周邊各實(shí)體的間隙，特別是容易被忽視的中間各層與過孔不相連的線與過孔的間隙，如果是自動布線，可在 “過孔數(shù)量最小化 ” （ Via Minimiz8tion）子菜單里選擇 “on”項(xiàng)來自動解決。 （ 2） 需要的載流量越大，所需的過孔尺寸越大，如電源層和地層與其它層聯(lián)接所用的過孔就要大一些。 絲印層（ Overlay） 為方便電路的安裝和維修等，在印刷板的上下兩表面印刷上所需要的標(biāo)志圖案和文字代 號等，例如元件標(biāo)號和標(biāo)稱值、元件外廓形狀和廠家標(biāo)志、生產(chǎn)日期等等。不少初學(xué)者設(shè)計(jì)絲印層的有關(guān)內(nèi)容時，只注意文字符號放置得整齊美觀，忽略了實(shí)際制出的 PCB 效果。他們設(shè)計(jì)的印板上，字符不是被元件擋住就是侵入了助焊區(qū)域被抹賒，還有的把元件標(biāo)號打在相鄰元件上，如此種種的設(shè)計(jì)都將會給裝配和維修帶來很大不便。正確的絲印層字符布置原則是： ”不出歧義，見縫插針，美觀大方 ”。 SMD 的特殊性 Protel 封裝庫內(nèi)有大量 SMD 封裝，即表面焊裝器件。這類器件除體積小巧之外的最大特點(diǎn)是單面分布元引腳孔。因此，選用 這類器件要定義好器件所在面，以免 “丟失引腳（ Missing Plns） ”。另外，這類元件的有關(guān)文字標(biāo)注只能隨元件所在面放置。 網(wǎng)格狀填充區(qū)（ External Plane ）和填充區(qū) (Fill) 正如兩者的名字那樣，網(wǎng)絡(luò)狀填充區(qū)是把大面積的銅箔處理成網(wǎng)狀的，填充區(qū)僅是完整保留銅箔。初學(xué)者設(shè)計(jì)過程中在計(jì)算機(jī)上往往看不到二者的區(qū)別，實(shí)質(zhì)上，只要你把圖面放大后就一目了然了。正是由于平常不容易看出二者的區(qū)別，所以使用時更不注意對二者的區(qū)分，要強(qiáng)調(diào)的是，前者在電路特性上有較強(qiáng)的抑制高頻干擾的作用，適用于需 做大面積填充的地方，特別是把某些區(qū)域當(dāng)做屏蔽區(qū)、分割區(qū)或大電流的電源線時尤為合適。后者多用于一般的線端部或轉(zhuǎn)折區(qū)等需要小面積填充的地方。 焊盤 ( Pad) 焊盤是 PCB 設(shè)計(jì)中最常接觸也是最重要的概念，但初學(xué)者卻容易忽視它的選擇和修正，在設(shè)計(jì)中千篇一律地使用圓形焊盤。選擇元件的焊盤類型要綜合考慮該元件的形狀、大小、布置形式、振動和受熱情況、受力方向等因素。 Protel在封裝庫中給出了一系列不同大小和形狀的焊盤，如圓、方、八角、圓方和定位用焊盤等，但有時這還不夠用，需要自己編輯。例如，對發(fā)熱且受力較大 、電流較大的焊盤，可自行設(shè)計(jì)成 “淚滴狀 ”，在大家熟悉的彩電 PCB 的行輸出變壓器引腳焊盤的設(shè)計(jì)中，不少廠家正是采用的這種形式。一般而言，自行編輯焊盤時除了以上所講的以外，還要考慮以下原則： （ 1）形狀上長短不一致時要考慮連線寬度與焊盤特定邊長的大小差異不能過大； （ 2）需要在元件引角之間走線時選用長短不對稱的焊盤往往事半功倍； （ 3）各元件焊盤孔的大小要按元件引腳粗細(xì)分別編輯確定，原則是孔的尺寸比引腳直徑大 0． 2 0． 4 毫米。 各類膜（ Mask） 這些膜不僅是 PcB制作工藝過程中 必不可少的，而且更是元件焊裝的必要條件。按 “膜 ”所處的位置及其作用， “膜 ”可分為元件面（或焊接面）助焊膜（ TOp or Bottom 和元件面（或焊接面）阻焊膜（ TOp or BottomPaste Mask）兩類。 顧名思義，助焊膜是涂于焊盤上，提高可焊性能的一層膜，也就是在綠色板子上比焊盤略大的各淺色圓斑。阻焊膜的情況正好相反，為了使制成的板子適應(yīng)波峰焊等焊接形式，要求板子上非焊盤處的銅箔不能粘錫，因此在焊盤以外的各部位都要涂覆一層涂料，用于阻止這些部位上錫。可見，這兩種膜是一種互補(bǔ)關(guān)系。由此討論，就不 難確定菜單中 類似 “solder Mask En1argement”等項(xiàng)目的設(shè)置了。 飛線 ，飛線有兩重含義： （ 1）自動布線時供觀察用的類似橡皮筋的網(wǎng)絡(luò)連線，在通過網(wǎng)絡(luò)表調(diào)入元件并做了初步布局后，用 “Show 命令就可以看到該布局下的網(wǎng)絡(luò)連線的交叉狀況，不斷調(diào)整元件的位置使這種交叉最少，以獲得最大的自動布線的布通率。這 一步很重要，可以說是磨刀不誤砍柴功，多花些時間，值！ 另外，自動布線結(jié)束，還有哪些網(wǎng)絡(luò)尚未布通，也可通過該功能來查找。找出未布通網(wǎng)絡(luò)之后，可用手工補(bǔ)償，實(shí)在補(bǔ)償不了就要用到 “飛線 ”的第二層含義，就是在將來的印板上用導(dǎo)線連通這些網(wǎng)絡(luò)。要交待的是，如果該電路板是大批量自動線生產(chǎn)，可將這種飛線視為 0 歐阻值、具有統(tǒng)一焊盤間距的電阻元 件來進(jìn)行設(shè)計(jì) . 第二篇 避免混合訊號系統(tǒng)的設(shè)計(jì)陷阱 內(nèi)容 :要想成功的運(yùn)用現(xiàn)在的 SOC，板級和系統(tǒng)級設(shè)計(jì)師必須了解如何最好地放置元件，布置走線，以及利用保護(hù)元件。 它們被稱為數(shù)碼式蜂窩電話，但其中所包含的模擬功能，比較起所謂的模擬蜂窩電話之前度品種還要多。事實(shí)上，需要處理連續(xù)狀態(tài)值（例如語音，影像，溫度，壓力等）的任何系統(tǒng)，都會有它的模擬功能，那怕是在其 名字里出現(xiàn)數(shù)碼式這個詞語。今天的多媒體 PC 也毫無例外，它們有著語音和影像的輸入和輸出，對發(fā)熱的中央處理機(jī)進(jìn)行迫切的溫度監(jiān)示，以及高性能調(diào)制解調(diào)器，這些系統(tǒng)同樣地，其混合訊號功能清單上的項(xiàng)目也愈來愈多。 兩種系統(tǒng)的趨勢對於進(jìn)行混合設(shè)計(jì)的人們來說，又帶來了新的挑戰(zhàn)。便攜式通訊和運(yùn)算器件的體積重量不斷減少，但又不斷地推高功能。而桌面系統(tǒng)又不斷提高中央處理機(jī)能力和通訊周邊的速度。肯定的是，在設(shè)計(jì)現(xiàn)代的數(shù)碼電路板同時又要避免振鈴、噪聲引致的差錯，和地電位跳動等問題，實(shí)在相當(dāng)困難的。但是，當(dāng)你添加那些易受噪 聲影響的模擬訊號線路逼近於方波激勵的數(shù)碼式數(shù)據(jù)線路，問題更為嚴(yán)重。 在芯片級，現(xiàn)時的 SOC（芯片上的系統(tǒng)）需要有邏輯電路、模擬電路，以及熱動力學(xué)設(shè)計(jì)方面的專才。要成功地使用這些 IC，板級和系統(tǒng)級設(shè)計(jì)師需要了解如何最好地放置元件，布置走線，以及利用保護(hù)元件。 本文講述的是現(xiàn)時混合訊號系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的常見陷阱，并提供一些指引以清除或移開它們。不過，在探討特定問題和作出提議之前，先詳細(xì)看看系統(tǒng)設(shè)計(jì)的兩種潮流 —小型化和高速化 —如何影響這些問題，會有很大的幫助。 “小型化 ”的趨勢 拿 1999 年的蜂窩電話與五年前的產(chǎn)品作個比較，芯片數(shù)目少得很多，重量和體積大幅減少，電池壽命大幅延