高速pcb設(shè)計指南之八-在線瀏覽
2025-03-06 05:31本頁面
【正文】 種將硅基芯片與載體PCB直接連接的IC存在并且在設(shè)計方案中可行，那么采用這樣的IC器件就是較好的選擇。舉例來說，小間距的表面貼裝與大間距的表面貼裝工藝相比，應(yīng)該優(yōu)先考慮選擇采用小間距的表面貼裝工藝封裝的IC芯片，而這兩種類型的表面貼裝工藝封裝的IC芯片都優(yōu)于過孔引線類型的封裝。從電容和電感控制的角度來看，小型的封裝和更細(xì)的間距通常總是代表性能的提高。由于電感和電容值的大小都取決于信號或者是電源與返回路徑之間的接近程度，因此要考慮足夠多的返回路徑。這兩方面的特征都將極大地降低電源和地之間的環(huán)路電感，有助于減少電源總線上的電壓瞬變，從而降低EMI。 理想情況下，要為每一個信號管腳都分配一個相鄰的信號返回管腳(如地管腳)。在BGA封裝中，一種行之有效的設(shè)計方法是在每組八個信號管腳的中心設(shè)置一個信號的返回管腳，在這種管腳排列方式下，每一個信號與信號返回路徑之間僅相差一個管腳的距離。需要注意的是，不同的IC工藝技術(shù)可能采用不同的信號返回電壓。因此設(shè)計工程師必須熟悉設(shè)計中使用的IC芯片邏輯系列，了解它們的相關(guān)工作情況。當(dāng)驅(qū)動傳輸線的器件試圖將傳輸線下拉到邏輯低時，地彈反射卻仍然維持該傳輸線在邏輯低閾值電平之上，地彈反射可能導(dǎo)致電路的失效或者故障。如果這是一個兩層的PCB板，至少要求PCB板的一面為連續(xù)的地平面層，PCB板的另一層是電源和信號的布線層。由于IC封裝內(nèi)部的PCB通常都非常薄，四層板結(jié)構(gòu)的設(shè)計將引出兩個高電容、低電感的布線層，它特別適合于電源分配以及需要嚴(yán)格控制的進(jìn)出該封裝的輸入輸出信號。這種受控的信號線不僅有利于降低EMI，同樣對于確保進(jìn)出IC的信號的完整性也起到重要的作用。從IC電源管腳吸納的電流主要取決于該電壓值以及該IC芯片輸出級驅(qū)動的傳輸線(PCB線和地返回路徑)阻抗。由此可見，在公式V=Ldi/dt中，驅(qū)動電流從100mA減少到36mA可以有效地降低電壓的瞬變V，因而也就降低了EMI。 電源系統(tǒng)的去耦也是一個值得特別關(guān)注的問題。降低電源總線上電壓下降的一種可行的辦法是縮短去耦電容到IC輸出級之間的分布路徑。由于IC器件的上升時間越來越快，在設(shè)計PCB板時唯一可以實施的辦法是盡可能地縮短去耦電容到IC輸出級之間的分布路徑。最理想的情況是直接放在硅基芯片上，并緊鄰被驅(qū)動的輸出級。然而如果將去耦電容直接放在IC封裝內(nèi)的PCB板上，并且直接連接到硅基芯片的管腳，這樣的設(shè)計成本增加得最少，對EMI控制和提高信號完整性的貢獻(xiàn)最大。 在IC封裝內(nèi)部設(shè)計的電容通常數(shù)值都很小(小于幾百皮法)，然而IC封裝內(nèi)部的小電容可以抑制輸出波形中的高頻成分，這些高頻成分是EMI的最主要來源。通過實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)線的終端匹配可以降低或者消除信號反射。從減小EMI的角度來看，串行終端匹配效果最明顯，因為這種方式的終端匹配將入射波(在傳輸線上傳播的原始波形)降低到了Vcc的一半，因而減小了驅(qū)動傳輸線所需的瞬時吸納電流。 某些IC廠商將終端匹配電阻放在IC封裝內(nèi)部，這樣除了能夠降低EMI和提高信號完整性，還減少了PCB板上的電阻數(shù)目。當(dāng)IC的輸出阻抗同傳輸線的阻抗匹配時，就可以認(rèn)為這樣的傳輸線實現(xiàn)了“串聯(lián)終端匹配”。而在實際應(yīng)用中如果沿傳輸線方向分布有多個負(fù)載，并且有非常嚴(yán)格的時序要求，這時串聯(lián)終端匹配就可能不起作用。對大多數(shù)的TTL和CMOS器件來說，當(dāng)它們的輸出級信號發(fā)生切換時，輸出晶體管完全導(dǎo)通，這樣就會產(chǎn)生很大的瞬間電流來驅(qū)動傳輸線。而許多ECL、MECL和PECL器件通過在輸出晶體管線性區(qū)的高低電平之間的轉(zhuǎn)換來驅(qū)動輸出級，通常稱之為非飽和邏輯，其結(jié)果是輸出波形的波峰和波谷會被削平，因而減小了高頻諧波分量的幅度?？偨Y(jié) 通過仔細(xì)考察集成電路芯片的封裝、引線結(jié)構(gòu)類型、輸出驅(qū)動器的設(shè)計方法以及去耦電容的設(shè)計方法，可以得出有益的設(shè)計規(guī)則，在電路設(shè)計中要注意選擇和使用符合以下特征的電子元器件：*外形尺寸非常小的SMT或者BGA封裝；*芯片內(nèi)部的PCB是具有電源層和接地層的多層PCB設(shè)計；*IC硅基芯片直接粘接在內(nèi)部的小PCB上(沒有綁定線)；*電源和地成對并列相鄰出現(xiàn)(避免電源和地出現(xiàn)在芯片的邊角位置，如74系列邏輯電路)；*多個電源和地管腳成對配置；*信號返回管腳(比如地腳)與信號管腳之間均勻分布；*類似于時鐘這樣的關(guān)鍵信號配置專門的信號返回管腳；*采用可能的最低驅(qū)動電壓(Vcc)，或者使用低電壓差分邏輯(LVDS)；*在IC封裝內(nèi)部使用了高頻去耦電容；*在硅基芯片上或者是IC封轉(zhuǎn)內(nèi)部對輸入和輸出信號實施終端匹配；*輸出信號的斜率受控制。一旦設(shè)計工程師做出最終的決定，但是仍然不能確定同一工藝技術(shù)不同廠商生產(chǎn)的器件電磁干擾的情況，可以選擇不同廠商生產(chǎn)的器件做一些測試。通過連接到頻譜分析儀或?qū)拵静ㄆ魃系慕鼒龃怒h(huán)路探針可以容易地測試電路板的電磁發(fā)射。如何實現(xiàn)PCB高的布通率以及縮短設(shè)計時間呢？本文介紹PCB規(guī)劃、布局和布線的設(shè)計技巧和要點。為了解決設(shè)計上的困難，加快產(chǎn)品的上市，現(xiàn)在很多廠家傾向于采用專用EDA工具來實現(xiàn)PCB的設(shè)計。 現(xiàn)在市面上流行的EDA工具軟件很多，但除了使用的術(shù)語和功能鍵的位置不一樣外都大同小異，如何用這些工具更好地實現(xiàn)PCB的設(shè)計呢？在開始布線之前對設(shè)計進(jìn)行認(rèn)真的分析以及對工具軟件進(jìn)行認(rèn)真的設(shè)置將使設(shè)計更加符合要求。 確定PCB的層數(shù) 電路
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