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                      PCB設計技巧FAQ(1)

                      發布時間:2016-07-27 08:51:26 分類:資料中心

                       以下是《電子工程專輯》網站論壇pcb設計技巧所有FAQ,飛越無限版主整理并共享。 

                      Q:
                      請問就你個人觀點而言:針對模擬電路(微波、高頻、低頻)、數字電路(微波、高頻、低頻)、模擬和數字混合電路(微波、高頻、低頻),目前pcb設計哪一種EDA工具有較好的性能價格比(含仿真)?可否分別說明。 
                      A:
                      限于本人應用的了解,無法深入地比較EDA工具的性能價格比,選擇軟件要按照所應用范疇來講,我主張的原則是夠用就好。
                      常規的電路設計,INNOVEDA 的 PADS 就非常不錯,且有配合用的仿真軟件,而這類設計往往占據了70%的應用場合。在做高速電路設計,模擬和數字混合電路,采用Cadence的解決方案應該屬于性能價格比較好的軟件,當然Mentor的性能還是非常不錯的,特別是它的設計流程管理方面應該是最為優秀的。
                      以上觀點純屬個人觀點!


                      Q:
                      當一個系統中既存在有RF小信號,又有高速時鐘信號時,通常我們采用數/模分開布局,通過物理隔離、濾波等方式減少電磁干擾,但是這樣對于小型化、高集成以及減小結構加工成本來說當然不利,而且效果仍然不一定滿意,因為不管是數字接地還是模擬接地點,最后都會接到機殼地上去,從而使得干擾通過接地耦合到前端,這是我們非常頭痛的問題,想請教專家這方面的措施。 
                      A:
                      既有RF小信號,又有高速時鐘信號的情況較為復雜,干擾的原因需要做仔細的分析,并相應的嘗試用不同的方法來解決。要按照具體的應用來看,可以嘗試一下以下的方法。
                      0:存在RF小信號,高速時鐘信號時,首先是要將電源的供應分開,不宜采用開關電源,可以選用線性電源。
                      1:選擇RF小信號,高速時鐘信號其中的一種信號,連接采用屏蔽電纜的方式,應該可以。
                      2:將數字的接地點與電源的地相連(要求電源的隔離度較好),模擬接地點接到機殼地上。
                      3:嘗試采用濾波的方式去除干擾。

                      Q:
                      線路板設計如果考慮EMC,必定提高不少成本。請問如何盡可能的答道EMC要求,又不致帶太大的成本壓力?謝謝。 
                      A:
                      在實際應用中僅僅依靠印制板設計是無法從根本上解決問題的,但是我們可以通過印制板來改善它:
                      合理的器件布局,主要是感性的器件的放置,盡可能的短的布線連接,同時合理的接地分配,在可能的情況下將板上所有器件的 Chassis ground 用專門的一層連接在一起,設計專門的并與設備的外殼緊密相連的結合點。在選擇器件時,應就低不就高,用慢不用快的原則。

                      Q:
                      我希望pcb方面:
                      1.做pcb的自動布線。
                      2.(1)+熱分析
                      3.(1)+時序分析
                      4.(1)+阻抗分析
                      5.(1)+(2)+(3)
                      6.(1)+(3)+(4)
                      7.(1)+(2)+(3)+(4)
                      我應當如何選擇,才能得到最好的性價比。我希望PLD方面: VHDL編程--》仿真--》綜合--》下載等步驟,我是分別用獨立的工具好?還是用PLD芯片廠家提供的集成環境好?

                      A: 
                      目前的pcb設計軟件中,熱分析都不是強項,所以并不建議選用,其它的功能1.3.4可以選擇PADS或Cadence性能價格比都不錯。
                      PLD的設計的初學者可以采用PLD芯片廠家提供的集成環境,在做到百萬門以上的設計時可以選用單點工具。

                      Q:
                      pcb設計中需要注意哪些問題? 
                      A:
                      pcb設計時所要注意的問題隨著應用產品的不同而不同。就象數字電路與仿真電路要注意的地方不盡相同那樣。以下僅概略的幾個要注意的原則。
                      1、pcb層疊的決定;包括電源層、地層、走線層的安排,各走線層的走線方向等。這些都會影響信號品質,甚至電磁輻射問題。
                      2、電源和地相關的走線與過孔(via)要盡量寬,盡量大。
                      3、不同特性電路的區域配置。良好的區域配置對走線的難易,甚至信號質量都有相當大的關系。
                      4、要配合生產工廠的制造工藝來設定DRC (Design Rule Check)及與測試相關的設計(如測試點)。
                      其它與電氣相關所要注意的問題就與電路特性有絕對的關系,例如,即便都是數字電路,是否注意走線的特性阻抗就要視該電路的速度與走線長短而定。

                      Q:
                      在高速pcb設計時我們使用的軟件都只不過是對設置好的EMC、EMI規則進行檢查,而設計者應該從那些方面去考慮EMC、EMI的規則呢怎樣設置規則呢我使用的是CADENCE公司的軟件。 
                      A: 
                      一般EMI/EMC設計時需要同時考慮輻射(radiated)與傳導(conducted)兩個方面. 前者歸屬于頻率較高的部分(>30MHz)后者則是較低頻的部分(<30MHz). 所以不能只注意高頻而忽略低頻的部分.
                      一個好的EMI/EMC設計必須一開始布局時就要考慮到器件的位置, pcb迭層的安排, 重要聯機的走法, 器件的選擇等, 如果這些沒有事前有較佳的安排, 事后解決則會事倍功半, 增加成本. 例如時鐘產生器的位置盡量不要靠近對外的連接器, 高速信號盡量走內層并注意特性阻抗匹配與參考層的連續以減少反射, 器件所推的信號之斜率(slew rate)盡量小以減低高頻成分, 選擇去耦合(decoupling/bypass)電容時注意其頻率響應是否符合需求以降低電源層噪聲. 另外, 注意高頻信號電流之回流路徑使其回路面積盡量小(也就是回路阻抗loop impedance盡量小)以減少輻射. 還可以用分割地層的方式以控制高頻噪聲的范圍. 最后, 適當的選擇pcb與外殼的接地點(chassis ground)。

                      Q: 
                      線路板設計如果考慮EMC,必定提高不少成本。請問如何盡可能的答道EMC要求,又不致帶太大的成本壓力?謝謝。 
                      A: 
                      pcb板上會因EMC而增加的成本通常是因增加地層數目以增強屏蔽效應及增加了ferrite bead、choke等抑制高頻諧波器件的緣故。除此之外,通常還是需搭配其它機構上的屏蔽結構才能使整個系統通過EMC的要求。以下僅就pcb板的設計技巧提供幾個降低電路產生的電磁輻射效應。
                      1、盡可能選用信號斜率(slew rate)較慢的器件,以降低信號所產生的高頻成分。 
                      2、注意高頻器件擺放的位置,不要太靠近對外的連接器。
                      3、注意高速信號的阻抗匹配,走線層及其回流電流路徑(return current path), 以減少高頻的反射與輻射。
                      4、在各器件的電源管腳放置足夠與適當的去耦合電容以緩和電源層和地層上的噪聲。特別注意電容的頻率響應與溫度的特性是否符合設計所需。
                      5、對外的連接器附近的地可與地層做適當分割,并將連接器的地就近接到chassis ground。
                      6、可適當運用ground guard/shunt traces在一些特別高速的信號旁。但要注意guard/shunt traces對走線特性阻抗的影響。
                      7、電源層比地層內縮20H,H為電源層與地層之間的距離。

                      Q:
                      在高速pcb設計時為了防止反射就要考慮阻抗匹配,但由于pcb的加工工藝限制了阻抗的連續性而仿真又仿不到,在原理圖的設計時怎樣來考慮這個問題?另外關于IBIS模型,不知在那里能提供比較準確的IBIS模型庫。我們從網上下載的庫大多數都不太準確,很影響仿真的參考性。 
                      A:
                      設計高速pcb電路時,阻抗匹配是設計的要素之一。而阻抗值跟走線方式有絕對的關系, 例如是走在表面層(microstrip)或內層(stripline/double stripline),與參考層(電源層或地層)的距離,走線寬度,pcb材質等均會影響走線的特性阻抗值。也就是說要在布線后才能確定阻抗值。一般仿真軟件會因線路模型或所使用的數學算法的限制而無法考慮到一些阻抗不連續的布線情況,這時候在原理圖上只能預留一些terminators(端接),如串聯電阻等,來緩和走線阻抗不連續的效應。真正根本解決問題的方法還是布線時盡量注意避免阻抗不連續的發生。
                      IBIS模型的準確性直接影響到仿真的結果?;旧螴BIS可看成是實際芯片I/O buffer等效電路的電氣特性資料,一般可由SPICE模型轉換而得 (亦可采用測量, 但限制較多),而SPICE的資料與芯片制造有絕對的關系,所以同樣一個器件不同芯片廠商提供,其SPICE的資料是不同的,進而轉換后的IBIS模型內之資料也會隨之而異。也就是說,如果用了A廠商的器件,只有他們有能力提供他們器件準確模型資料,因為沒有其它人會比他們更清楚他們的器件是由何種工藝做出來的。如果廠商所提供的IBIS不準確, 只能不斷要求該廠商改進才是根本解決之道。

                      Q:
                      通常Protel比較流行,市面上的書也多。請介紹一下Protel,Powerpcb,orCAD等軟件的優劣和適用場合。謝謝。 
                      A:
                      我沒有太多使用這些軟件的經驗, 以下僅提供幾個比較的方向:
                      1、使用者的接口是否容易操作;
                      2、推擠線的能力(此項關系到繞線引擎的強弱);
                      3、鋪銅箔編輯銅箔的難易;
                      4、走線規則設定是否符合設計要求;
                      5、機構圖接口的種類;
                      6、零件庫的創建、管理、調用等是否容易;
                      7、檢驗設計錯誤的能力是否完善;

                      Q:
                      首先謝謝專家對本人上一個問題的解答。這次想請教關于仿真的問題。關于RF電路的pcb仿真,特別是涉及到EMC方面的仿真,我們正在尋求合適的工具。目前在用的Agilent的ADS工具不少人覺得技術支持不夠。 
                      A:
                      提供兩個廠商給你參考:
                      1、APSim (www.apsimtech.com
                      2、Ansoft (www.ansoft.com)

                      Q:
                      (1)PROTEL98 中如何干預自動布線的走向?(2)PROTEL98 中pcb板上已經有手工布線,如何設置,在自動布線時才能不改變pcb板上已經布好的線條? 
                      A: 
                      抱歉,我沒有使用Protel的經驗所以無法給你建議。

                      Q:
                      當一塊pcb板中有多個數/模功能塊時,常規做法是要將數/模地分開,并分別在一點相連。這樣,一塊pcb板上的地將被分割成多塊,而且如何相互連接也大成問題。但有人采用另外一種辦法,即在確保數/模分開布局,且數/模信號走線相互不交叉的情況下,整個pcb板地不做分割,數/模地都連到這個地平面上,這樣做有何道理,請專家指教。 
                      A: 
                      將數/模地分開的原因是因為數字電路在高低電位切換時會在電源和地產生噪聲,噪聲的大小跟信號的速度及電流大小有關。如果地平面上不分割且由數字區域電路所產生的噪聲較大而模擬區域的電路又非常接近,則即使數模信號不交叉, 模擬的信號依然會被地噪聲干擾。也就是說數模地不分割的方式只能在模擬電路區域距產生大噪聲的數字電路區域較遠時使用。另外,數模信號走線不能交叉的要求是因為速度稍快的數字信號其返回電流路徑(return current path)會盡量沿著走線的下方附近的地流回數字信號的源頭,若數模信號走線交叉,則返回電流所產生的噪聲便會出現在模擬電路區域內。

                      Q:
                      請問專家GSM手機pcb設計有什么要求和技巧? 
                      A:
                      手機pcb設計上的挑戰在于兩個地方:一是板面積小,二是有RF的電路。因為可用的板面積有限,而又有數個不同特性的電路區域,如RF電路、電源電路、 話音模擬電路、一般的數字電路等,它們都各有不同的設計需求。
                      1、首先必須將RF與非RF的電路在板子上做適當的區隔。因為RF的電源、地、及阻抗設計規范較嚴格。
                      2、因為板面積小,可能需要用盲埋孔(blind/buried via)以增加走線面積。
                      3、注意話音模擬電路的走線,不要被其它數字電路,RF電路等產生串擾現象。 除了拉大走線間距外,也可使用ground guard trace抑制串擾。
                      4、適當做地層的分割, 尤其模擬電路的地要特別注意,不要被其它電路的地噪聲干擾。
                      5、注意各電路區域信號的回流電流路徑(return current path), 避免增加串擾的可能性。

                      Q:
                      向您請教一下關于DVB-S的噪聲門限測試問題,請您就目前國內關于噪聲門限的測試做一綜述,感謝您的指點。 
                      A: 
                      抱歉,我沒有DVB-S (Digital Video Broadcasting)相關的設計經驗與資料可提供給你。

                      Q:
                      最近聽說一家以色列的公司Valor在國內試推pcb layout的solution,不知該公司產品如何? 
                      A:
                      抱歉,我不適合在這場合評論其它競爭對手的產品。我認為任何EDA軟件產品合不合用與要設計產品的特性有關。例如,所設計產品其走線密度是否很高,這可能對繞線引擎的推擠線功能有不同的需求。以下僅提供一些考慮的方向:
                      1.使用者的接口是否容易操作。
                      2.推擠線的能力(此項關系到繞線引擎的強弱)
                      3.鋪銅箔編輯銅箔的難易
                      4.走線規則設定是否符合設計要求
                      5.機構圖接口的種類。
                      6.零件庫的創建、管理、調用等是否容易
                      7.檢驗設計錯誤的能力是否完善

                      來源:PCB設計技巧FAQ(1)

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