【正文】 體方案確定后，單板的種類、數(shù)量已定，所有送到背板上的信號(hào)也就確定下來(lái)了，在PCB設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們要從單板槽位的位置、信號(hào)的出線方式等多方面考慮，既實(shí)現(xiàn)母板性能指標(biāo)、又滿足EMC的要求。從信號(hào)的速率看，有高速信號(hào)與低速信號(hào)之分，高速信號(hào)通過(guò)解復(fù)用成低速；背板的板位分配要考慮到高速部分對(duì)低速部分的影響。從EMC設(shè)計(jì)角度考慮，高速部分會(huì)通過(guò)傳導(dǎo)或輻射的方式影響到低速部分，甚至使設(shè)計(jì)功能難以實(shí)現(xiàn)。要盡可能避免高速信號(hào)的鏡像電流流入到低速電路的區(qū)域里，關(guān)鍵信號(hào)，特別是高頻、高速信號(hào)走線、大電流、強(qiáng)信號(hào)走線要盡可能短。由此，對(duì)于背板槽位排列，高速板位與低速板位部分要分開(kāi)，高速部分走線要短，高速板可適當(dāng)考慮屏蔽。例如：某產(chǎn)品主要分為高速收發(fā)單板XXX、XXX,管理單元處理板XXX，交叉板XXX，以及時(shí)鐘板XXX，主控與支路板。分別完成復(fù)用（解復(fù)用）、幀擾碼（解碼），開(kāi)銷處理、時(shí)鐘選收與交叉連接功能。根據(jù)各單板間的互連要求，系統(tǒng)的高速部分與低速的支路信號(hào)處理部分分開(kāi)為上、下兩部分，高速的收發(fā)板布于系統(tǒng)高速部分的邊緣板位，減小收發(fā)的高速信號(hào)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的干擾，同時(shí)注意收發(fā)板的高速部分加屏蔽。單板板位結(jié)構(gòu)板位結(jié)構(gòu)影響；當(dāng)脈沖信號(hào)從源端發(fā)出后，沿線端的信號(hào)幅度由源內(nèi)阻與傳輸線的阻抗之間的分壓確定。當(dāng)入射波到達(dá)負(fù)載端時(shí)，一些能量變會(huì)被反射回源端。反射回去的能量由反射系數(shù)來(lái)決定。而反射系數(shù)則由傳輸線的阻抗和負(fù)載阻抗來(lái)決定。反射系數(shù)值在1到+1之間。開(kāi)路電路的反射系數(shù)為+1。當(dāng)入射波到達(dá)一個(gè)開(kāi)路負(fù)載端，它將以相同的相位反射回源端。在負(fù)載端，電壓的幅度將會(huì)是入射波形幅度兩倍。短路電路的反射系數(shù)為1。當(dāng)入射波到達(dá)一個(gè)短路負(fù)載端時(shí)，它將反向并以與入射波相反的相位反射回源端。接收負(fù)載端的電壓疊加后為零伏。傳輸線上的阻抗連續(xù)的端接稱為“匹配”。反射系數(shù)為零即沒(méi)有反射發(fā)生。負(fù)載端的信號(hào)幅度與入射信號(hào)的幅度相等。在信號(hào)的傳輸過(guò)程中，還會(huì)碰到其他的一些非連續(xù)點(diǎn)。例如，直角拐點(diǎn)，過(guò)孔，接插件以及IC的封裝等可能在其他良好環(huán)境下產(chǎn)生波形的擾變。這些阻抗不連續(xù)的影響是由系統(tǒng)的速度決定的。在低速下，這些作用可能引入很小的反應(yīng)。在高速下，結(jié)果會(huì)變得非常顯著。大多數(shù)情況下，驅(qū)動(dòng)器是主要的噪聲源，而此噪聲可以通過(guò)適當(dāng)?shù)耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)和終端匹配來(lái)解決。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以有以下幾類：點(diǎn)到點(diǎn)、樹(shù)形結(jié)構(gòu)、T型、星型、菊花鏈型。樹(shù)形結(jié)構(gòu)較長(zhǎng)的分支容易造成過(guò)載和鈴流菊花鏈對(duì)于總線驅(qū)動(dòng)方式和具有終端并聯(lián)匹配的走線很好,注意盡量不走“T”型走線。星型需要有高驅(qū)動(dòng)能力的緩沖器（低輸出阻抗），使用串接匹配采用恰當(dāng)?shù)耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以減小反射，提高信號(hào)質(zhì)量，減少EMI。對(duì)于背板，由于主備板、保護(hù)板的存在，不可避免會(huì)出現(xiàn)多負(fù)載情況，如何合理的安排槽位，使得走線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)合理，反射減小，是背板設(shè)計(jì)相當(dāng)重要的話題。對(duì)于時(shí)鐘線應(yīng)盡量實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)，避免總線方式。對(duì)于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)，要考慮加終端匹配。出于加工工藝及維護(hù)的考慮，阻抗匹配原則上首先考慮在相應(yīng)的單板上處理，不得已情況下考慮在背板上實(shí)現(xiàn)匹配，但要注意背板上的元器件應(yīng)盡可能少。案例：某業(yè)務(wù)接口保護(hù)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)：原設(shè)計(jì)采用1：8發(fā)，8：1收方式，仿真分析由于背板上單板板位分配結(jié)構(gòu)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將不平衡，使近端負(fù)載信號(hào)質(zhì)量不能保證。與硬件開(kāi)發(fā)人員討論時(shí)鐘采用1：4發(fā)，4：1收并改變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)后使之變?yōu)樗膫€(gè)較平衡負(fù)載，而且負(fù)載端接插件到接口器件的走線長(zhǎng)要嚴(yán)格控制在2000mil以內(nèi)。經(jīng)過(guò)大量仿真分析比較確定其匹配方式。驅(qū)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)端電阻、電容濾波匹配，終端串接電阻減小振鈴，波形稍緩但可消除上升、下降沿畸變；接收時(shí)，驅(qū)動(dòng)側(cè)串聯(lián)電阻匹配，終端串接一大阻值電阻，阻值可取為走線的特性阻抗與分支路數(shù)的乘積。波形效果良好，只下沖較大，可以調(diào)節(jié)匹配電阻值來(lái)控制。板間互連電平、驅(qū)動(dòng)器件的選擇背板信號(hào)與驅(qū)動(dòng)器件在總體方案設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)確定。選擇驅(qū)動(dòng)電平要滿足背板傳輸速率的要求，對(duì)于傳輸速率小于100M，含有多負(fù)載結(jié)構(gòu)的，背板可選取GTL+電平，器件在滿足要求下選用驅(qū)動(dòng)電流小的器件，易于EMI的控制。例如，TI公司的GTL165GTL16923之間驅(qū)動(dòng)電流相差近一倍。對(duì)于幾百兆的信號(hào)速率，LVDS電平是很好的選擇，其對(duì)共模干擾的抑制、匹配方式都易于滿足要求，而且電流模式抗干擾能力強(qiáng)，差分電平擺幅小，功耗與EMI大大降低。而對(duì)于超過(guò)1GHZ的信號(hào)，一般用ECL或CML電平信號(hào)。當(dāng)然，高速背板設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于阻抗控制、走線約束、EMC控制等有更高的要求。對(duì)于差分信號(hào)線要求同層，并且緊鄰平行走線，差分線與其他走線設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循“3W原則”、嚴(yán)格等長(zhǎng)等原則，高速差分線對(duì)之間以地線隔開(kāi)。2背板的EMC設(shè)計(jì)接插件的信號(hào)排布與EMC設(shè)計(jì)接插件的選型現(xiàn)在的接插件大部分選用2mmHM連接器，2mmHM連接器為首尾拼接式設(shè)計(jì)，有A、B、C等不同型式。其中A型中部有兩個(gè)定位塊(Functionblock)起導(dǎo)向定位功能(與單板上連接器的定位)，兩塊中間的腔體可裝防插錯(cuò)銷。B型完全沒(méi)有定位功能。C型作為拼接的端部，有部分定位功能。在一連接器拼接組或單個(gè)連接器的使用中，必須考慮連接器定位問(wèn)題。2mm連接器有列間屏蔽與外殼屏蔽兩種，實(shí)際連接器使用時(shí)，應(yīng)根據(jù)地針信號(hào)的排布及屏蔽要求等方面考慮選擇，從EMC的角度考慮，最好選取帶屏蔽外殼的。此外，AMP公司提供有專對(duì)高速信號(hào)傳輸使用的HS3接插件，接插件設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮了針信號(hào)間的屏蔽，高速信號(hào)傳輸時(shí)接插件產(chǎn)生的串?dāng)_較小，信號(hào)針的使用率也較高，但價(jià)格較貴。接插件模型與針信號(hào)排布接插件的模型從原理上來(lái)看就是傳輸線的模型，只是信號(hào)傳輸沒(méi)有參考的地平面，通過(guò)地針形成回流通路，因此必然存在許多信號(hào)線共用一段地回路，接插件的串?dāng)_引起的傳導(dǎo)干擾就必須重視。接插件針信號(hào)排布，首先確定信號(hào)分配，合理分配信號(hào)、電源、地針位置與數(shù)量。原則是減少串?dāng)_、減小輻射、保證地回路。每個(gè)信號(hào)針附近最好都有自己的回流路徑。關(guān)鍵信號(hào)線通過(guò)地針與其他信號(hào)分隔?？紤]帶電插拔，對(duì)于2mmHM接插件，地插針比電源插針長(zhǎng)。分配較長(zhǎng)的針腳作為地和電源的連接針。推薦使用地針與信號(hào)針成梅花型的排布，按照高速信號(hào)、地的針位進(jìn)行交錯(cuò)排列，以減小串?dāng)_。背板信號(hào)走線避免經(jīng)過(guò)密集過(guò)孔區(qū)（接插件區(qū)），密集過(guò)孔區(qū)是一個(gè)參考平面極不連續(xù)的區(qū)域。如果這樣，兩條走線共用地回路，產(chǎn)生耦合電感，耦合回路面積加大，使輻射增強(qiáng)。產(chǎn)生的耦合電感量：L=5dln(d/w),L:inductance,nH,W:線寬，inchd:地回路經(jīng)過(guò)過(guò)孔區(qū)的有效長(zhǎng)度可見(jiàn)，電感與過(guò)孔區(qū)的寬度無(wú)關(guān)，只與長(zhǎng)度有關(guān)，因此，從過(guò)孔區(qū)中間穿過(guò)的走線比從邊緣穿過(guò)的走線影響要大。阻抗匹配相對(duì)于單板，背板上走線長(zhǎng)度要長(zhǎng)許多，因此背板阻抗控制就更為重要。然而由于背板層數(shù)較多，阻抗很難控制的與各單板一致，需要在各單板上做文章，而且如前面所述，板位分布造成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，使匹配方式也不相同。這時(shí)應(yīng)注意接插件至接口器件的信號(hào)線要短，避免線頭過(guò)長(zhǎng)造成的反射影響，減少過(guò)孔、直角走線等阻抗不連續(xù)的因素出現(xiàn)。電源、地分配電源分割及熱插拔對(duì)電源的影響與單板一樣，電源、地平面的分割對(duì)背板EMC的指標(biāo)有很大的影響。不當(dāng)?shù)姆指钤斐晒材］椛浼哟?。一般在背板中使用多層板技術(shù)，信號(hào)層與地層（電源層）交替排放，盡量避免兩層信號(hào)層直接相鄰。高速信號(hào)線布在與地相鄰的信號(hào)層上。對(duì)于部分有相鄰布線的PCB，相鄰層的布線應(yīng)垂直分布。單板的電源是通過(guò)背板接入的，通過(guò)背板送至各單板。在背板上，BGND與48伏線必須就近平行走線或相鄰平面排布,輸入的一次電源如48V，如果直接給單板供電，應(yīng)有局部過(guò)載保護(hù)措施，如：?jiǎn)伟寮友b保險(xiǎn)絲。母板與單板間的電源連接處，也必須采取濾波措施，并就近放置相應(yīng)的器件。對(duì)于分散供電等特殊情況，在背板上48V不用平面層，用COPPER或粗線代替，可節(jié)省母板層數(shù)。大電流、強(qiáng)信號(hào)走線的距離盡可能短。高電壓、大電流信號(hào)電路與小電流，低電壓的弱信號(hào)電路需完全分開(kāi)?？紤]帶電插拔，在被插電路板上應(yīng)安裝帶電插拔座，單板上應(yīng)設(shè)置緩啟動(dòng)電路。在單板與母板直接通過(guò)連接器配合使用時(shí)，單板上的繼電器、開(kāi)關(guān)電源等對(duì)外輻射強(qiáng)的器件，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離母板放置，建議距單板連接器邊緣10mm以上。地分割與各種地的連接對(duì)于背板上BGND、PGND、GND的分割與連接，至今仍缺乏一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。背板的接地需要從系統(tǒng)的高度來(lái)考慮?，F(xiàn)在的通常做法是插框中所有單板通過(guò)與背板的接口信號(hào)GND、PGND在背板內(nèi)實(shí)現(xiàn)共地。各插框通過(guò)GND、PGND、BGND在機(jī)柜內(nèi)實(shí)現(xiàn)共地，機(jī)柜再通過(guò)接地螺栓與大地相連。各產(chǎn)品具體的接地方法也不盡相同，缺乏統(tǒng)一的規(guī)范。從EMC的角度，希望背板上不分PGND與GND，將其合在一起。具體效果正在實(shí)驗(yàn)。從EMC考慮，帶屏蔽的2mm連接器，在其周圍15mm以內(nèi)的地方，禁止放置敏感器件；母板表面層是完整的屏蔽地平面，即上面不布其他任何信號(hào)線。電源與地之間同樣需要使它們的回路面積盡可能小。為減小干擾，一條傳輸線到地平面的距離應(yīng)該小于到相鄰的傳輸線的距離。保持地平面完整，會(huì)使大部分布線的回流面積減小。需要注意的地方：1）高速PCB中，考慮到電源平面的邊緣效應(yīng)，所有的電源平面必須小于相鄰地平面，向內(nèi)縮進(jìn)20H，即保證電源層邊緣距相鄰地層邊緣的距離大于20倍的電源層與地層之間的垂直距離。為了更好地實(shí)行20H規(guī)則，就要使控制電源和地平面間的厚度。遵從20H規(guī)則會(huì)使PCB的電源層與地層間的電容的自諧振頻率提高約23倍。2）對(duì)于母板上的信號(hào)走線，特別是時(shí)鐘信號(hào)線及其他高速信號(hào)線離地平面邊緣（垂直方向上）至少保持3W以上的距離，盡量使板上的信號(hào)走線構(gòu)成的回路面積盡可能小。這個(gè)回路既包括地回路也包括電源回路。3）不同類型的信號(hào)線盡可能間隔開(kāi)一些，關(guān)鍵信號(hào)線周圍要有地屏蔽走線，當(dāng)做回流或保護(hù)線。地屏蔽走線要兩頭接地，且中間部位也要過(guò)孔接地，接地過(guò)孔間距最好小于入/20（入是傳輸信號(hào)的波長(zhǎng)），且不相等。除差分線和線對(duì)外，地屏蔽走線最好不要共用，也就是說(shuō)，通常采取的兩根信號(hào)線之間只加一根地屏蔽線的辦法并不能完全消除信號(hào)線之間的干擾。4）為更好的進(jìn)行EMC控制，可以參照CPCI背板的設(shè)計(jì)，背板周邊設(shè)禁止布線區(qū)，背板邊緣布一圈地并通過(guò)一圈金屬化孔與子架連接，這樣可進(jìn)一步減小對(duì)外輻射。第四部分射頻PCB的EMC設(shè)計(jì)近十年來(lái)，移動(dòng)通信飛速發(fā)展，在移動(dòng)通信設(shè)備的設(shè)計(jì)、測(cè)試、安裝和操作維護(hù)中，必須仔細(xì)考慮系統(tǒng)間、設(shè)備間、設(shè)備內(nèi)部的器件間的EMC問(wèn)題。EMC的控制技術(shù)中，屏蔽、濾波、接地是三項(xiàng)最基本的干擾抑制技術(shù)，主要是用來(lái)切斷干擾的傳輸途徑。由于射頻電路的特殊性，其PCB的設(shè)計(jì)與數(shù)字電路有不同點(diǎn)。本章通過(guò)板材、隔離與屏蔽、濾波、接地、布線等方面內(nèi)容闡述射頻PCB的EMC設(shè)計(jì)技術(shù)。1板材開(kāi)發(fā)人員通常需要根據(jù)電路的特性和產(chǎn)品成本綜合選擇板材，公司可選用的射頻PCB板材分為以下兩類：普通板材FR4（阻燃型覆銅箔環(huán)氧玻璃布層壓板），介電常數(shù)在1GHz頻率下測(cè)試為Er=177。，普通板材使用的板料有以下兩種：普通板料：玻璃化溫度Tg=135℃，成本低，工藝成熟；UV板料：Tg=140℃，有UVBLOCKING阻擋紫外光的功能，性能優(yōu)于普通板料，價(jià)格相同。相對(duì)專用板材來(lái)說(shuō)，上面的兩種板料介電常數(shù)不穩(wěn)定，損耗大。介電常數(shù)不穩(wěn)定時(shí)，電路元件與PCB間的分布電容會(huì)變化，從而引起電路的諧振頻率、濾波器的中心頻率等發(fā)生變化。射頻功率放大電路對(duì)損耗的要求較高。因此在大功率電路中建議不選用這種板材。射頻專用板材由以下兩家公司提供。TACONIC公司：品牌好，規(guī)格齊全，價(jià)格適中。CER10，10GHz下Er=10177。RF35，=177。TLX0，10GHz下Er=177。TLX9，10GHz下Er=177。TLX8，10GHz下Er=177。TLX7，10GHz下Er=177。TLX6，10GHz下Er=177。TLC27，10GHz下Er=177。TLC30，10GHz下Er=177。TLC32，10GHz下Er=177。ROGERS公司：介電常數(shù)精度高，溫度穩(wěn)定性好，損耗小，常用于大功率電路。并且PCB制造、加工工藝與FR4相同。加工成本低，但銅箔的附著力小。RO4350，10GHz下Er=177。RO4003，10GHz下Er=177。2隔離與屏蔽隔離這里所說(shuō)的隔離也包括在空間上拉開(kāi)距離，在同一個(gè)屏蔽腔內(nèi)布局時(shí)使輸入和輸出端拉開(kāi)距離。器件布局⑴、應(yīng)注意信號(hào)走向，及器件間的相互作用；⑵、感性器件應(yīng)防止互感，與鄰近的電感垂直放置；⑶、在接收機(jī)輸入端插入衰減器，衰減器對(duì)n階產(chǎn)物的衰減量是有用信號(hào)衰減量的n倍，例如，3dB衰減器將使三階互調(diào)產(chǎn)物降低9dB，但對(duì)有用信號(hào)的衰減仍為3dB。由三個(gè)電阻組成的衰減器布局如圖3(a)所示；⑷、小功率放大器偏置電感的布局。a、衰減器布局b、放大器電感的布局敏感電路和強(qiáng)輻射電路射頻信號(hào)可以在空氣介質(zhì)中輻射。空間距離越大、工作頻率越低、輸入輸出端的寄生耦合就越小、隔離度就越大。射頻PCB典型的空間隔離度約為50dB，對(duì)某些敏感電路、有強(qiáng)烈輻射的電路都要采取屏蔽措施。下面列出的這些敏感電路和強(qiáng)烈輻射源電路要加屏蔽，但如果有難度時(shí)（比如空間限制、成本限制等），可以不加，但要做實(shí)驗(yàn)最終確定，這些電路有：⑴、接收電路前端：是敏感電路。信號(hào)很小，要采用屏蔽，⑵、對(duì)射頻單元和中頻單元須加屏蔽。接收通道中頻信號(hào)會(huì)對(duì)射頻信號(hào)產(chǎn)生較大干擾，反之，發(fā)射通道的射頻信號(hào)對(duì)中頻信號(hào)也會(huì)造成輻射干擾。⑶、振蕩電路：是強(qiáng)烈的輻射源。對(duì)本振源要單獨(dú)屏蔽，由于本振電平較高,對(duì)其他