高速pcb設(shè)計(jì)指南之五(doc10)-經(jīng)營管理-資料下載頁
2025-08-05 15:16本頁面
【導(dǎo)讀】日益嚴(yán)重的威脅。早期，把發(fā)射和干擾問題稱之為EMI或RFI。用更確定的詞“干擾兼容性”替代。電磁兼容性包含系統(tǒng)的發(fā)射和敏感度兩方面的。假若干擾不能完全消除，但也要使干擾減少到最小。2．對其它系統(tǒng)的發(fā)射不敏感。當(dāng)干擾的能量使接收器處在不希望的狀態(tài)時引起干擾。體、公共阻抗耦合等）就是間接的。很多電磁發(fā)射源，如光照、繼電器、DC電機(jī)和日光燈都可引起干擾。線、互連電纜、金屬電纜和子系統(tǒng)的內(nèi)部電路也都可能產(chǎn)生輻射或接收到不希望的信號。高速數(shù)字電路中，時鐘電路通常是寬帶噪聲的最大產(chǎn)生源。生高達(dá)300MHz的諧波失真，在系統(tǒng)中應(yīng)該把它們?nèi)サ簟Ｔ跀?shù)字電路中，最容易受影響的。一種最明顯而往往被忽略的能引起電路中噪聲的路徑是經(jīng)過導(dǎo)體。設(shè)計(jì)人員必須避免導(dǎo)線撿拾噪聲和在噪聲。產(chǎn)生引起干擾前，用去耦辦法除去噪聲。CM輻射是比DM輻射更為嚴(yán)重的問題。主要問題是不適當(dāng)?shù)慕拥匾鸬?。自高di/dt源的瞬態(tài)電流導(dǎo)致地和線跡“發(fā)射”電壓。1．抑制源發(fā)射。
【正文】 GHz，甚至更高。這種高頻信號技術(shù)雖然遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出毫米波技術(shù)范圍 (30GHz)，但的確也涉及 RF和低端微波技術(shù)。 RF 工程設(shè)計(jì)方法必須能夠處理在較高頻段處通常會產(chǎn)生的較強(qiáng)電磁場效應(yīng)。這些電磁場能在相鄰信號線或 PCB 線上感生信號，導(dǎo)致令人討厭的串?dāng)_ (干擾及總噪聲 )，并且會損害系統(tǒng)性能?；?fù)p主要是由阻抗失配造成，對信號產(chǎn)生的影響如加性噪聲和干擾產(chǎn) 生的影響一樣。 高回?fù)p有兩種負(fù)面效應(yīng)： 1. 信號反射回信號源會增加系統(tǒng)噪聲，使接收機(jī)更加難以將噪聲和信號區(qū)分開來； 2. 任何反射信號基本上都會使信號質(zhì)量降低，因?yàn)檩斎胄盘柕男螤畛霈F(xiàn)了變化。 盡管由于數(shù)字系統(tǒng)只處理 1和 0信號并具有非常好的容錯性，但是高速脈沖上升時產(chǎn)生的諧波會導(dǎo)致頻率越高信號越弱。盡管前向糾錯技術(shù)可以消除一些負(fù)面效應(yīng)，但是系統(tǒng)的部分帶寬用于傳輸冗余數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)性能的降低。一個較好的解決方案是讓 RF效應(yīng)有助于而非有損于信號的完整性。建議數(shù)字系統(tǒng)最高頻率處 (通常是較差數(shù)據(jù)點(diǎn) )的回?fù)p總值為 25dB，相當(dāng)于 VSWR為 。 PCB設(shè)計(jì)的目標(biāo)是更小、更快和成本更低。對于 RF PCB而言，高速信號有時會限制PCB 設(shè)計(jì)的小型化。目前，解決串?dāng)_問題的主要方法是進(jìn)行接地層管理，在布線之間進(jìn)行間隔和降低引線電感 (stud capacitance)。降低回?fù)p的主要方法是進(jìn)行阻抗匹配。此方法包括對絕緣材料的有效管理以及對有源信號線和地線進(jìn)行隔離，尤其在狀態(tài)發(fā)生跳變的信號線和地之間更要進(jìn)行間隔。 由于互連點(diǎn)是電路鏈上最為薄弱的環(huán)節(jié)，在 RF 設(shè)計(jì)中，互連點(diǎn)處的電磁性質(zhì)是工程設(shè)計(jì) 面臨的主要問題，要考察每個互連點(diǎn)并解決存在的問題。電路板系統(tǒng)的互連包括芯片到電路板、 PCB板內(nèi)互連以及 PCB與外部裝置之間信號輸入 /輸出等三類互連。 一、 芯片到 PCB板間的互連 Pentium IV以及包含大量輸入 /輸出互連點(diǎn)的高速芯片已經(jīng)面世。就芯片本身而言，其性能可靠，并且處理速率已經(jīng)能夠達(dá)到 1GHz。在最近 GHz 互連研討會 ( .)上，最令人激動之處在于：處理 I/O數(shù)量和頻率不斷增長問題的方法已經(jīng)廣為人知。芯片與PCB互連的最主要問題是互連密度太高會導(dǎo)致 PCB材料的基 本結(jié)構(gòu)成為限制互連密度增長的因素。會議上提出了一個創(chuàng)新的解決方案，即采用芯片內(nèi)部的本地?zé)o線發(fā)射器將數(shù)據(jù)傳送到鄰近的電路板上。 無論此方案是否有效，與會人員都非常清楚：就高頻應(yīng)用而言， IC設(shè)計(jì)技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于 PCB設(shè)計(jì)技術(shù)。 二、 PCB板內(nèi)互連 進(jìn)行高頻 PCB設(shè)計(jì)的技巧和方法如下： 中國最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者所有 ) 第 10 頁 共 11 頁 1. 傳輸線拐角要采用 45176。角，以降低回?fù)p (圖 1)； 2. 要采用絕緣常數(shù)值按層次嚴(yán)格受控的高性能絕緣電路板。這種方法有利于對絕緣材料與鄰近布線之間的電磁場進(jìn)行有效管理。 3. 要完善有關(guān)高精度蝕刻的 PCB設(shè)計(jì)規(guī)范 。要考慮規(guī)定線寬總誤差為 +/、對布線形狀的下切 (undercut)和橫斷面進(jìn)行管理并指定布線側(cè)壁電鍍條件。對布線 (導(dǎo)線 )幾何形狀和涂層表面進(jìn)行總體管理，對解決與微波頻率相關(guān)的趨膚效應(yīng)問題及實(shí)現(xiàn)這些規(guī)范相當(dāng)重要。 4. 突出引線存在抽頭電感，要避免使用有引線的組件。高頻環(huán)境下，最好使用表面安裝組件。 5. 對信號過孔而言，要避免在敏感板上使用過孔加工 (pth)工藝，因?yàn)樵摴に嚂?dǎo)致過孔處產(chǎn)生引線電感。如一個 20層板上的一個過孔用于連接 1至 3層時，引線電感可影響 4到 19層。 6. 要提供豐富的 接地層。要采用模壓孔將這些接地層連接起來防止 3 維電磁場對電路板的影響。 7. 要選擇非電解鍍鎳或浸鍍金工藝，不要采用 HASL 法進(jìn)行電鍍。這種電鍍表面能為高頻電流提供更好的趨膚效應(yīng) (圖 2)。此外，這種高可焊涂層所需引線較少，有助于減少環(huán)境污染。 8. 阻焊層可防止焊錫膏的流動。但是，由于厚度不確定性和絕緣性能的未知性，整個板表面都覆蓋阻焊材料將會導(dǎo)致微帶設(shè)計(jì)中的電磁能量的較大變化。一般采用焊壩 (solder dam)來作阻焊層。 如果你不熟悉這些方法，可向曾從事過軍用微波電路板設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)工程 師咨詢。你還可同他們討論一下你所能承受的價(jià)格范圍。例如，采用背面覆銅共面 (copperbacked coplanar)微帶設(shè)計(jì)比帶狀線設(shè)計(jì)更為經(jīng)濟(jì)，你可就此同他們進(jìn)行討論以便得到更好的建議。優(yōu)秀的工程師可能不習(xí)慣考慮成本問題，但是其建議也是相當(dāng)有幫助的?，F(xiàn)在要盡量對那些不熟悉 RF效應(yīng)、缺乏處理 RF效應(yīng)經(jīng)驗(yàn)的年輕工程師進(jìn)行培養(yǎng)，這將會是一項(xiàng)長期工作。 此外，還可以采用其他解決方案，如改進(jìn)計(jì)算機(jī)型，使之具備 RF 效應(yīng)處理能力。 三、 PCB與外部裝置互連 現(xiàn)在可以認(rèn)為我們解決了板上以及各個分立 組件互連上的所有信號管理問題。那么怎么解決從電路板到連接遠(yuǎn)端器件導(dǎo)線的信號輸入 /輸出問題呢？同軸電纜技術(shù)的創(chuàng)新者Trompeter Electronics公司正致力于解決這個問題，并已經(jīng)取得一些重要進(jìn)展 (圖 3)。 另外，看一下圖 4中給出的電磁場。這種情況下，我們管理著微帶到同軸電纜之間的轉(zhuǎn)換。在同軸電纜中，地線層是環(huán)形交織的，并且間隔均勻。在微帶中，接地層在有源線之下。這就引入了某些邊緣效應(yīng)，需在設(shè)計(jì)時了解、預(yù)測并加以考慮。當(dāng)然，這種不匹配也會導(dǎo)致回?fù)p，必須最大程度減小這種不匹配以避免產(chǎn)生噪音和信號干擾。 電路板內(nèi)阻抗問題的管理并不是一個可以忽略的設(shè)計(jì)問題。阻抗從電路板表層開始，然后通過一個焊點(diǎn)到接頭，最后終結(jié)于同軸電纜處。由于阻抗隨頻率變化，頻率越高，阻抗管理越難。在寬帶上采用更高頻率來傳輸信號的問題看來是設(shè)計(jì)中面臨的主要問題。 本文總結(jié) PCB 平臺技術(shù)需要不斷改進(jìn)以達(dá)到集成電路設(shè)計(jì)人員的要求。 PCB 設(shè)計(jì)中高頻信號的管理以及 PCB電路板上信號輸入 /輸出的管理都需要不斷的改進(jìn)。無論以后會發(fā)生什么令人激動的創(chuàng)新，我都認(rèn)為帶寬將會越來越高，而采用高頻信號技術(shù)就是實(shí)現(xiàn)這種帶寬不斷增長的前提。 中國最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者所有 ) 第 11 頁 共 11 頁
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