【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 對(duì)并聯(lián)電容幅頻特性的影響阻抗的峰值與電容器的ESR的值成反比，隨著單板設(shè)計(jì)水平與器件性能的提高，并聯(lián)電容的阻抗的峰值將會(huì)隨著ESR的減小而增加，并聯(lián)諧振峰值的形狀與位置取決于PCB板的設(shè)計(jì)與電容的選擇。有幾條原則應(yīng)該了解：隨著ESR的減小，諧振點(diǎn)的阻抗會(huì)減小，但反諧振點(diǎn)的阻抗會(huì)增大；n個(gè)相同電容并聯(lián)使用時(shí)，最小阻抗可能小于ESR/n；多個(gè)電容并聯(lián)時(shí)，阻抗并不一定發(fā)生在電容的諧振點(diǎn)；對(duì)于給定數(shù)量的電容器，比較好的選擇是電容值在一個(gè)較大的范圍內(nèi)均勻展開(kāi)，各個(gè)電容值的ESR適中；比較差的選擇是僅有少量的電容值，而且電容的ESR都非常小。 ESL對(duì)并聯(lián)電容幅頻特性的影響電容封裝和結(jié)構(gòu)不同，ESL也不同。電容的ESL與電容值一起決定電容器的諧振點(diǎn)與并聯(lián)電容器的反諧振點(diǎn)的頻率范圍。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該盡量選用ESL小的電容器。 電容器的選擇對(duì)于RF設(shè)計(jì)而言，陶瓷電容器、聚酯纖維電容器和聚苯乙烯薄膜電容器都是很好的選擇。對(duì)于EMI濾波器來(lái)講，對(duì)電容器的介質(zhì)材料要求并不高，常見(jiàn)的X7R、Y5V和Z5U等松散介質(zhì)都是不錯(cuò)的選擇；通常絕對(duì)的電容值、電容器的溫度系數(shù)、電壓變化系數(shù)等并不重要。 去耦電容與旁路電容的設(shè)計(jì)建議以供應(yīng)商提供的產(chǎn)品資料上的自諧振特性為基礎(chǔ)選擇電容，使之符合設(shè)計(jì)的時(shí)鐘速率與噪聲頻率的需要。在所需要的頻率范圍內(nèi)加盡可能多的電容。在盡可能靠近IC每個(gè)電源管腳的地方，至少放一個(gè)去耦電容器，以減小寄生阻抗。旁路電容與IC盡可能放在同一個(gè)PCB平面上。對(duì)于多時(shí)鐘系統(tǒng)可以將電源平面作分割，對(duì)每一個(gè)部分使用一種正確容值的電容器，被狹縫分隔的電源平面將一部分的噪聲與其他部分的敏感器件分隔開(kāi)來(lái)，同時(shí)提供了電容值的分離；對(duì)于時(shí)鐘頻率在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)變化的系統(tǒng)，旁路電容的選擇甚為困難。一個(gè)較好的解決方法是將兩個(gè)容值上接近2：1的電容并聯(lián)放置，這樣做可以提供一個(gè)較寬的低阻抗區(qū)，和一個(gè)較寬的旁路頻率。 儲(chǔ)能電容的設(shè)計(jì)儲(chǔ)能電容可以保證在負(fù)載快速變到最重時(shí)供電電壓不會(huì)下跌。儲(chǔ)能電容可分為板極儲(chǔ)能電容、器件級(jí)儲(chǔ)能電容兩種：A，板極儲(chǔ)能電容：保證負(fù)載快速變到最重時(shí)，單板各處供電電壓不會(huì)下跌。在高頻、高速單板（以及條件允許的背板），建議均勻排布一定數(shù)量的較大容值的鉭電容（1uf、10uf、22uf、33uf），以保證單板同一電壓的值保持一致。B，器件級(jí)儲(chǔ)能電容： 保證負(fù)載快速變到最重時(shí)，器件周圍各處供電電壓不會(huì)下跌。對(duì)于工作頻率、速率較高、功耗較大的器件，建議在其周圍排放1—4個(gè)較大容值的鉭電容（1uf、10uf、22uf、33uf），以保證器件快速變換時(shí)其工作電壓保持不變。儲(chǔ)能電容的設(shè)計(jì)應(yīng)該與去耦電容的設(shè)計(jì)區(qū)別開(kāi)來(lái)。有以下設(shè)計(jì)建議：當(dāng)單板上具有多種供電電壓時(shí)，對(duì)一種供電電壓儲(chǔ)能電容仍然只選用一種容值的電容器，一般選用表貼封裝的Tantalum電容（鉭電容），可以根據(jù)需要選擇10uf、22uf、33uf等；不同供電電壓的芯片構(gòu)成一個(gè)群落，儲(chǔ)能電容在這個(gè)群落內(nèi)均勻分布。4 地的分割與匯接接地是抑制電磁干擾、提高電子設(shè)備EMC性能的重要手段之一。正確的接地既能提高產(chǎn)品抑制電磁干擾的能力，又能減少產(chǎn)品對(duì)外的EMI發(fā)射。 接地的含義電子設(shè)備的“地”通常有兩種含義：一種是“大地”（安全地），另一種是“系統(tǒng)基準(zhǔn)地”（信號(hào)地）。接地就是指在系統(tǒng)與某個(gè)電位基準(zhǔn)面之間建立低阻的導(dǎo)電通路?！敖哟蟮亍本褪且缘厍虻碾娢粸榛鶞?zhǔn)，并以大地作為零電位，把電子設(shè)備的金屬外殼、電路基準(zhǔn)點(diǎn)與大地相連接。把接地平面與大地連接，往往是出于以下考慮：A，提高設(shè)備電路系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性；B，靜電泄放；C，為操作人員提供安全保障。在交換、接入網(wǎng)等產(chǎn)品中，一般單板的拉手條都通過(guò)拉手條的定位孔與保護(hù)地連接，以便靜電瀉放。 在做PON16的ESD實(shí)驗(yàn)。由于DMU的拉手條沒(méi)有接PGND（本應(yīng)金屬化處理的定位孔被誤設(shè)計(jì)成非金屬化孔，致使該板的拉手條并未接到保護(hù)地上）。故在機(jī)殼(局端或者遠(yuǎn)端)的后面板進(jìn)行靜電試驗(yàn)(接觸放電和空氣放電)時(shí)，容易引起復(fù)位。更改焊盤(pán)設(shè)計(jì)，拉手條接PGND后，復(fù)位問(wèn)題解決，ESD測(cè)試通過(guò)。 接地的目的A，安全考慮，即保護(hù)接地；B，為信號(hào)電壓提供一個(gè)穩(wěn)定的零電位參考點(diǎn)（信號(hào)地或系統(tǒng)地）；C，屏蔽接地。 基本的接地方式電子設(shè)備中有三種基本的接地 方式：?jiǎn)吸c(diǎn)接地、多點(diǎn)接地、浮地。 單點(diǎn)接地單點(diǎn)接地是整個(gè)系統(tǒng)中，只有一個(gè)物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn)，其他各個(gè)需要接地的點(diǎn)都連接到這一點(diǎn)上。單點(diǎn)接地適用于頻率較低的電路中（1MHZ以下）。若系統(tǒng)的工作頻率很高，以致工作波長(zhǎng)與系統(tǒng)接地引線的長(zhǎng)度可比擬時(shí)，單點(diǎn)接地方式就有問(wèn)題了。當(dāng)?shù)鼐€的長(zhǎng)度接近于1/4波長(zhǎng)時(shí)，它就象一根終端短路的傳輸線，地線的電流、電壓呈駐波分布，地線變成了輻射天線，而不能起到“地”的作用。為了減少接地阻抗，避免輻射，地線的長(zhǎng)度應(yīng)小于1/20波長(zhǎng)。在電源電路的處理上，一般可以考慮單點(diǎn)接地。對(duì)于我司大量采用的數(shù)字電路，由于其含有豐富的高次諧波，一般不建議采用單點(diǎn)接地方式。 多點(diǎn)接地多點(diǎn)接地是指設(shè)備中各個(gè)接地點(diǎn)都直接接到距它最近的地平面上，使接地引線的長(zhǎng)度最短。多點(diǎn)接地電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，接地線上可能出現(xiàn)的高頻駐波現(xiàn)象顯著減少，適用于工作頻率較高的（10MHZ）場(chǎng)合。但多點(diǎn)接地可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部形成許多接地環(huán)路，從而降低設(shè)備對(duì)外界電磁場(chǎng)的抵御能力。在多點(diǎn)接地的情況下，要注意地環(huán)路問(wèn)題，尤其是不同的模塊、設(shè)備之間組網(wǎng)時(shí)。地線回路導(dǎo)致的電磁干擾：理想地線應(yīng)是一個(gè)零電位、零阻抗的物理實(shí)體。但實(shí)際的地線本身既有電阻分量又有電抗分量，當(dāng)有電流通過(guò)該地線時(shí)，就要產(chǎn)生電壓降。地線會(huì)與其他連線（信號(hào)、電源線等）構(gòu)成回路，當(dāng)時(shí)變電磁場(chǎng)耦合到該回路時(shí)，就在地回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并由地回路耦合到負(fù)載，構(gòu)成潛在的EMI威脅。 浮地浮地是指設(shè)備地線系統(tǒng)在電氣上與大地絕緣的一種接地方式。由于浮地自身的一些弱點(diǎn)，不太適合于我司一般的大系統(tǒng)中，其接地方式很少采用，在此不作詳細(xì)介紹。 以上各種方式組成的混合接地方式 關(guān)于接地方式的一般選取原則：對(duì)于給定的設(shè)備或系統(tǒng)，在所關(guān)心的最高頻率（對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為）入上，當(dāng)傳輸線的長(zhǎng)度L〉入，則視為高頻電路，反之，則視為低頻電路。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則，對(duì)于低于1MHZ的電路，采用單點(diǎn)接地較好；對(duì)于高于10MHZ，則采用多點(diǎn)接地為佳。對(duì)于介于兩者之間的頻率而言，只要最長(zhǎng)傳輸線的長(zhǎng)度L小于/20 入，則可采用單點(diǎn)接地以避免公共阻抗耦合。對(duì)于接地的一般選取原則如下：（1）低頻電路（1MHZ），建議采用單點(diǎn)接地；（2）高頻電路（10MHZ），建議采用多點(diǎn)接地；（3）高低頻混合電路，混合接地。對(duì)于系統(tǒng)、背板的接地方式以及單板接地的詳細(xì)介紹請(qǐng)見(jiàn)下文。 系統(tǒng)接地方式關(guān)于系統(tǒng)接地方式的詳細(xì)介紹請(qǐng)參見(jiàn)《接地規(guī)范》。 背板接地方式對(duì)于我司現(xiàn)有除交換以外的產(chǎn)品，其系統(tǒng)工作頻率均在10MHZ以上，且多為含有豐富的高次諧波的數(shù)字電路，建議除BGND以外，所有地均在背板匯接（多點(diǎn)連接，即，除BGND以外的其他地，如GND、PGND、AGND、DGND等，全部從單板直接與背板就近連接）。案例：10G背板多點(diǎn)連接與單點(diǎn)接地的比較。（結(jié)果等待中） 單板接地方式在電路這一級(jí)上專門(mén)提出對(duì)接地的具體要求是不合適的。對(duì)具體單板而言，我們一般根據(jù)器件手冊(cè)，進(jìn)行必要的分割處理。對(duì)于單板不同類型地之間的匯接，建議通過(guò)磁珠完成，或者直接在PCB上單點(diǎn)貫通。對(duì)于未通過(guò)磁珠而直接單點(diǎn)連接的電源，()的電容進(jìn)行濾波處理（一端接該電源，另一端接對(duì)應(yīng)的地）。在電源、地的分割方面要注意切斷EMI通過(guò)參考平面從初級(jí)竄到次級(jí)的途徑，尤其是在濾波器、共模線圈、磁珠等器件的分割處理上。第二部分 布線1 傳輸線模型及反射、串?dāng)_ 概述：在高速數(shù)字電路PCB設(shè)計(jì)中，當(dāng)布線長(zhǎng)度大于20分之一波長(zhǎng)或信號(hào)延時(shí)超過(guò)6分之一信號(hào)上升沿時(shí)，PCB布線可被視為傳輸線。傳輸線有兩種類型:微帶線和帶狀線。與EMC設(shè)計(jì)有關(guān)的傳輸線特性包括：特征阻抗、傳輸延遲、固有電容和固有電感。反射與串?dāng)_會(huì)影響信號(hào)質(zhì)量，同時(shí)從EMC的角度考慮，也是EMI的主要來(lái)源。 傳輸線模型關(guān)于傳輸線的分布參數(shù)模型在CAD室《信號(hào)質(zhì)量控制流程》等資料中已有詳盡介紹，此處從略。 傳輸線的種類 微帶線（microstrip）定義：與參考平面相鄰的表層布線。 帶狀線（Stripline）定義：在兩參考平面之間的PCB布線 傳輸線的反射傳輸過(guò)程中的任何不均勻(如阻抗變化、直角拐角)都會(huì)引起信號(hào)的反射，反射的結(jié)果對(duì)模擬信號(hào)（正弦波）是形成駐波，對(duì)數(shù)字信號(hào)則表現(xiàn)為上升沿、下降沿的振鈴和過(guò)沖。這種過(guò)沖一方面形成強(qiáng)烈的電磁干擾，另一方面對(duì)后級(jí)輸入電路的保護(hù)二極管造成損傷甚至失效。一般而言。在下面的圖中，信號(hào)源阻抗、負(fù)載阻抗是造成信號(hào)來(lái)回反射的原因。由于反射而在信號(hào)的上升沿和下降沿引起上沖、下沖和振鈴，這些過(guò)沖和振鈴不僅影響信號(hào)的完整性，而且是主要的EMI發(fā)射源。 串?dāng)_由于在相鄰PCB布線之間存在寄生電容CSV，高頻信號(hào)會(huì)通過(guò)CSV引起互相干擾，在一路有脈沖信號(hào)通過(guò)時(shí)，另一路上在脈沖的上升沿和下降沿位置有干擾脈沖出現(xiàn)，這就是PCB布線間的串?dāng)_。串?dāng)_一方面影響信號(hào)質(zhì)量，同時(shí)串?dāng)_脈沖也是EMI的主要發(fā)射源。 影響傳輸線間串?dāng)_的因數(shù)有：耦合長(zhǎng)度L、源端、負(fù)載端的輸入、輸出阻抗，介電常數(shù)，傳輸線的寬度W、厚度T，與參考平面的高度H（換個(gè)角度： 分布電容 CSV、寄生電容 Cti、耦合電感L）2 優(yōu)選布線層對(duì)于時(shí)鐘、高頻、高速、小、弱信號(hào)而言，選擇合適的布線層相當(dāng)重要,對(duì)于那些高速總線，其布線層的選擇一樣不能忽視；讓我們先對(duì)表層與內(nèi)層的走線（即微帶線與帶狀線）進(jìn)行一些比較 表層與內(nèi)層走線的比較注：微帶線和帶狀線已在上一章中介紹過(guò)，為方便閱讀，此處再次附上。 微帶線（Microstrip）定義：與參考平面相鄰的表層布線。 微帶線與帶狀線的比較微帶線與帶狀線的比較：1，微帶線的傳輸延時(shí)比帶狀線低（38 .1(ps/inch)）；2，在給定特征阻抗的情況下，微帶線的固有電容比帶狀線小；3，微帶線位于表層，直接對(duì)外輻射；帶狀線位于內(nèi)層，有參考平面屏蔽；4，微帶線可視，便于調(diào)試；帶狀線不可視，調(diào)試不便；考慮到參考平面的屏蔽作用，現(xiàn)有測(cè)試數(shù)據(jù)表明微帶線的輻射比帶狀線大20DB左右。我們知道，EMI的對(duì)外傳播途徑主要有傳導(dǎo)和輻射兩種；對(duì)于傳輸線而言，這兩種途徑也同樣存在；對(duì)于帶狀線，由于其夾在兩平面之間，其輻射途徑得到較好的控制，其主要對(duì)外傳播途徑為傳導(dǎo)，即我們需要重點(diǎn)考慮的是其供電過(guò)程中的電源、地的紋波以及與相鄰走線之間的竄擾。而對(duì)于微帶線，除具有帶狀線的傳導(dǎo)途徑外，其自身對(duì)外的輻射對(duì)我們的EMC指標(biāo)至關(guān)重要；當(dāng)然，并非所有表層的走線的輻射都值得我們關(guān)注，在稍后特殊信號(hào)的處理一章里，我們對(duì)主要輻射信號(hào)的種類將加以探討； 從EMC的角度，我們需要對(duì)以下兩種布線加以關(guān)注：1，強(qiáng)輻射信號(hào)線（高頻、高速，尤以時(shí)鐘線為甚），對(duì)外輻射；2，小、弱信號(hào)以及對(duì)外界干擾非常敏感的復(fù)位等信號(hào)，易受干擾；對(duì)于這兩類線，我們必須給予充分的關(guān)注，在情況允許的前提下，建議考慮內(nèi)層布線；并擴(kuò)大他們與其他布線的間距，甚至加屏蔽地線進(jìn)行隔離；（至于有那些布線需要我們特殊關(guān)注，在特殊信號(hào)處理一章，我們會(huì)有較深入的探討）。注：一般而言，器件自身的輻射指標(biāo)因素在器件設(shè)計(jì)過(guò)程中已考慮，我們假定器件自身已滿足輻射指標(biāo)（特殊器件會(huì)有其對(duì)應(yīng)的屏蔽等解決措施），這里，我們主要考慮的是傳輸線的對(duì)外輻射。對(duì)比Simense、Motorola的同類PCB板，我們可發(fā)現(xiàn)其表層很少布線，埋盲孔的使用，保證了參考平面的完整性，也為表層的屏蔽效果提供了保證；而我司目前出于成本的考慮以及尚未對(duì)單板的EMI輻射引起足夠的重視，因而表層布線相當(dāng)普遍，甚至超過(guò)內(nèi)層的布線密度。鑒于我司現(xiàn)有的PCB設(shè)計(jì)周期，普通CAD工程師很難對(duì)單板的信號(hào)有個(gè)全面的了解。從交換產(chǎn)品巴西項(xiàng)目的EMC測(cè)試情況來(lái)看，一些頻率、速率并不高的時(shí)鐘等信號(hào)線，其對(duì)外輻射指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他信號(hào)線的輻射，從EMC的角度，建議關(guān)鍵信號(hào)（尤其是時(shí)鐘信號(hào)，具體種類后文有說(shuō)明）優(yōu)先考慮內(nèi)層布線，其他信號(hào)（尤其對(duì)其輻射情況不明了的信號(hào)）盡可能考慮內(nèi)層布線；整板輻射基線較高的PCB板，應(yīng)考慮采用表層屏蔽或單板加屏蔽罩等處理方式。 布線層的優(yōu)先級(jí)別根據(jù)我們現(xiàn)有的資料、經(jīng)驗(yàn)，我們對(duì)優(yōu)選布線層給出如下一般原則：A，優(yōu)先考慮內(nèi)層；B，優(yōu)先考慮無(wú)相鄰布線層的層，或雖有相鄰布線層，但相鄰布線層對(duì)應(yīng)區(qū)域下無(wú)走線；C，內(nèi)層布線優(yōu)先級(jí)別，L L L ；(即優(yōu)選地作參考平面)D，確保關(guān)鍵走線未跨分割區(qū)的布線層；需要強(qiáng)調(diào)的是：PCB的設(shè)計(jì)需要綜合考慮功能實(shí)現(xiàn)、成本、EMC、工藝、美觀等多種因素，在優(yōu)選布線層上，沒(méi)有一成不變的原則。以上建議作為一般指導(dǎo)原則，僅供大家在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)參考。CAD工程師的價(jià)值也就在于在多種因素中，折衷考慮，找到最佳解決途徑。例如：在布局部分第一章關(guān)于十層板有如下層排布方案：方案電源地信號(hào)123456789101136S1G1S2S3G2PS4S5G3S62145S1G1S2G2S3G3PS4G4S53235S1G1S2P1S3G2P2S4G3S54244S1G1S2G3P1P2G3S3G4S4在方案1里，由于SS3均在內(nèi)層，且?jiàn)A在兩地平面之間，在布關(guān)鍵信號(hào)時(shí)，我們首先考慮SS3，并保證層間無(wú)平行長(zhǎng)線（關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)）；SS5與SS3基本相同，但夾在電源、地平面之間，根據(jù)我們現(xiàn)有掌握的情況，電源、地平面之間的EMC環(huán)境差于兩地平面之間