高速pcb設(shè)計(jì)指南之八-wenkub.com
2025-07-07 10:19 本頁(yè)面
【正文】 我們相信，自由角度布線、自動(dòng)布局和 3D 布局等新型軟件技術(shù)也會(huì)同自動(dòng)布線技術(shù)一樣成為底板設(shè)計(jì)人員的日常設(shè)計(jì)工具，設(shè)計(jì)人員可用這些新工具來(lái)解決微孔和單片高密度集成系統(tǒng)等新型硬件技術(shù)問題。如 Zuken 的 Freedom 最新工具采用三維底板模型來(lái)進(jìn)行元件的空間布局，隨后再進(jìn)行二維布線。還有一些工程師認(rèn)為當(dāng)在一個(gè)板上放置的元件多達(dá) 4,000 個(gè)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大問題。布局布線工具總是假設(shè)板上有足夠的空間讓元件拾放機(jī)來(lái)拾放表面安 裝元件，而不會(huì)對(duì)板上已有元件產(chǎn)生影響。 下一代電路板設(shè)計(jì)技術(shù) 微孔等離子蝕刻技術(shù)在多層板，尤其是在蜂窩電話 和家用電器中的應(yīng)用大大改變了對(duì)布局布線工具的要求。對(duì)這種高密度器件而言，采用寬度和空間極小的布線方式是唯一可行的，只有這樣，才能保證較高的成品率。主板設(shè)計(jì)在上市時(shí)間之后，就可能不再是一件藝術(shù)品了。布線工具能對(duì)某些恰成 45176。在某些消費(fèi)類產(chǎn)品中，底板的大小與其上器件大小相差無(wú)幾，元件占據(jù)的板面積高達(dá) 80%。當(dāng)然，對(duì)于某些特別重要的節(jié)點(diǎn)，要求布局布線工具能夠加以區(qū)分，但無(wú)需對(duì)每 個(gè)管腳或節(jié)點(diǎn)都加以限制。 設(shè)計(jì)約束條件 由于要考慮電磁兼容 (EMC)及電磁干擾、串?dāng)_、信號(hào)延遲和差分對(duì)布線等高密度設(shè)計(jì)因素，布局布線的約束條件每年都在增加。隨著球柵陣列封裝的高密度單芯片、高密度連接器、微孔內(nèi)建技術(shù)以及 3D 板在印刷電路板設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，布局和布線已越來(lái)越一體化，并成為設(shè)計(jì)過程的重要組成部分。同手動(dòng)布線設(shè)計(jì)一樣，自動(dòng)布線設(shè)計(jì)也能在檢查過程中進(jìn)行整理和編輯。 自動(dòng)布線的設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括： 略微改變?cè)O(shè)置， 試用多種路徑布線； 保持基本規(guī)則不變，試用不同的布線層、不同的印制線和間隔寬度以及不同線寬、不同類型的過孔如盲孔、埋孔等，觀察這些因素對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果有何影響； 讓布線工具對(duì)那些默認(rèn)的網(wǎng)絡(luò)根據(jù)需要進(jìn)行處理； 信號(hào)越不重要，自動(dòng)布線工具對(duì)其布線的自由度就越大。每完成一類信號(hào)后，其余網(wǎng)絡(luò)布線的約束條件就會(huì)減少。 在設(shè)置好約束條件和應(yīng)用所創(chuàng)建的規(guī)則后，自動(dòng)布線將會(huì)達(dá)到與預(yù)期相近的結(jié)果，當(dāng)然可能還 需要進(jìn)行一些整理工作，同時(shí)還需要確保其它信號(hào)和網(wǎng)絡(luò)布線的空間。在了解自動(dòng)布線工具有哪些輸入?yún)?shù)以及輸入?yún)?shù)對(duì)布線的影響后，自動(dòng)布線的質(zhì)量在一定程度上可以得到保證。布線完成后，再由有關(guān)的工程人員來(lái)對(duì)這些信號(hào)布線進(jìn)行檢查，這個(gè)過程相對(duì)容易得多。采用手動(dòng)布 線有助于自動(dòng)布線工具完成布線工作。測(cè)試夾具可能很昂貴，而且通常是在即將投入全面生產(chǎn)時(shí)才會(huì)訂購(gòu)，如果這時(shí)候才考慮添加節(jié)點(diǎn)以實(shí)現(xiàn) 100%可測(cè)試性就太晚了。 扇出設(shè)計(jì) 在扇出設(shè)計(jì)階段，要使自動(dòng)布線工具能對(duì) 元件引腳進(jìn)行連接，表面貼裝器件的每一個(gè)引腳至少應(yīng)有一個(gè)過孔，以便在需要更多的連接時(shí)，電路板能夠進(jìn)行內(nèi)層連接、在線測(cè)試 (ICT)和電路再處理。如果裝配部門允許元件移動(dòng)，可以對(duì)電路適當(dāng)優(yōu)化，更便于自動(dòng)布線。每個(gè)信號(hào)類都應(yīng)該有優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)越高，規(guī)則也越嚴(yán)格。在設(shè)計(jì)之前認(rèn)真的規(guī)劃將減少布線中很多的麻煩。板的大小有助于確定層疊方式和印制線寬度，實(shí)現(xiàn)期望的設(shè)計(jì)效果。下面是一般 的設(shè)計(jì)過程和步驟。 現(xiàn)在 PCB 設(shè)計(jì)的時(shí)間越來(lái)越短，越來(lái)越小的電路板空間，越來(lái)越高的器件密度，極其苛刻的布局規(guī)則和大尺寸的元件使得設(shè)計(jì)師的工作更加困難。將有疑問的 IC 芯片安裝到一個(gè)專門設(shè)計(jì)的測(cè)試電路板上，啟動(dòng)時(shí)鐘運(yùn)行和高速數(shù)據(jù)操作。這種技術(shù)通過提升表達(dá)式 “Ldi/dt”中的信號(hào)上升時(shí)間 “dt”項(xiàng)來(lái)減小 EMI。 最后，某些 IC 芯片輸出信號(hào)的斜率也受到控制。檢查 IC 芯片是否采用了這 樣的技術(shù)可以更加清楚 IC 的輸出阻抗。信號(hào)反射也是影響信號(hào)完整性的一個(gè)重要因素。目前僅有少數(shù)高端微處理器采用了這種技術(shù)，但是 IC 廠商們對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的興趣正與日俱增，可以預(yù)見這樣的設(shè)計(jì)技術(shù)必將在未來(lái)大規(guī)模、高功耗的 IC 設(shè)計(jì)中普遍應(yīng)用。一種最直接的解決方法是將所有的電源去耦都放在 IC 內(nèi)部。 IC 輸出級(jí) 通過 IC 的電源管腳吸納的電流都是由電路板上的去耦網(wǎng)絡(luò)提供的。5V 電源電壓的 IC 芯片驅(qū)動(dòng) 50Ω 傳輸線時(shí)，吸納的電流為100mA； 電源電壓的 IC 芯片驅(qū)動(dòng)同樣的 50Ω?jìng)鬏斁€時(shí)，吸納電流將減小到 66mA； IC 芯片驅(qū)動(dòng)同樣的 50Ω?jìng)鬏斁€時(shí)，吸納電流將減小到 36mA。低阻抗的平面層可以極大地降低電源總線上的電壓瞬變，從而極大地改善 EMI 性能。 IC 封裝中另一個(gè)需要關(guān)注的重要問題是芯片內(nèi)部的 PCB 設(shè)計(jì)，內(nèi)部 PCB 通常也是 IC 封裝中最大的組成部分，在內(nèi)部 PCB設(shè)計(jì)時(shí)如果能夠?qū)崿F(xiàn)電容和電感的嚴(yán)格控制，將極大地改善設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體 EMI 性能。有的 IC 使用地管腳 (如 TTL 器件 )作為信號(hào)的返回路徑，而有的IC 則使用電源管腳 (如絕大多數(shù)的 ECL 器件 )作為信號(hào)的返回路徑，也有的 IC 同時(shí)使用電源和地管腳 (比如大多數(shù)的 CMOS器件 )作為信號(hào)的返回路徑。實(shí)際情況并非如此，即使思想最前衛(wèi)的 IC廠商也沒有如此分配 IC 芯片的管腳，而是采用其它折衷方法。 電源和地管腳應(yīng)該成對(duì)分配，每一個(gè)電源管腳都應(yīng)該有對(duì)應(yīng)的地管腳相鄰分布，而且在這種引線結(jié)構(gòu)中應(yīng)該分配多個(gè)電源和地管腳對(duì)。 BGA 封裝的 IC 芯片同任何常用的封裝類型相比具有最低的引線電感。這就要求選擇使用一種特殊的 PCB 板基材料，這種材料應(yīng)該具有極低的 CTE。如果硅基芯片的電氣連接點(diǎn)直接安裝在內(nèi)部小 PCB 上的話，那么在一段相對(duì)較短的時(shí)間之后， IC 封裝內(nèi)部溫度的變化導(dǎo)致熱脹冷縮，這種方式的連接就會(huì)因?yàn)閿嗔?而失效。 首先看硅基芯片與內(nèi)部小電
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