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高頻PCB板材參數提取
2019-07-25
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數碼部件正朝著高速、低耗、小大小、高抗干擾性的方向進展,這一進展發展方向對印刷電路板的預設提出了眾多新要求。筆者依據積年在硬件預設辦公中的經驗,總結概括一點高頻布線的技法,供大家參照。  

(1)高頻電路板往往集成度較高,布線疏密程度大,認為合適而使用多層板既然布線所務必的,也是減低干擾的管用手眼。   

(2)高速電路板部件管腳間的引線彎折越少越好。高頻電路布線的引線最好認為合適而使用全直線,需求然而,可用45折線或圓弧然而,滿意這一要求可以減損高頻信號對外的發射和互相間的耦合。   

(3)高頻電路板部件管腳間的引線越短越好。   

(4)高頻電路板部件管腳間的引線層間交替越少越好。所說的“引線的層間交替越少越好”是指元件連署過程中所用的過孔(Via)越少越好,據測,一個過孔可帶來約0.5 pF的散布電容,減損過孔數能顯著增長速度。 (5)高頻電路布線要注意信號線近距離平行駛線所引入的“交錯干擾”,若沒有辦法防止平行散布,可在平行信號線的反面安置大平面或物體表面的大小“地”來大幅度減損干擾。同一層內的平行駛線幾乎沒有辦法防止,不過在相鄰的兩個層,走線的方向必須取為互相鉛直。   

(6)對尤其關緊的信號線或部分單元實行地線包圍的處理辦法,即畫出所選對象的外大概輪廓線。利用此功能,可以半自動地對所選定的關緊信號線施行所說的的“包地”處置,當然,把此功能用于報時的鐘等單元部分施行包地處置對高速系統也將十分有好處。   

(7)各類信號走線不可以形成環路,地線也不可以形成電流環路。   

(8)每個集成電路塊的近旁應設置一個高頻去耦電容。   

(9)摹擬地線、數碼地線等接往公共地線時要用高頻扼流環節。在實際裝配高頻扼流環節時用的往往是核心孔穿有導線的高頻鐵氧氣體磁珠,在電路原理圖上對它普通不予表現,由此形成的網絡表(netlist)就不里面含有這類元件,布線時便會因為這個而疏忽它的存在。針對此事實,可在原理圖中把它看做電感,在PCB元件庫中單獨為它定義一個元件封裝,布線前把它手工移動到接近公共地線匯流點的合宜位置上。   

(10)摹擬電路與數碼電路應分開安置,獨立布線后應單點連署電源和地,防止互相干擾。   

(11)DSP、片外手續儲存器和數值儲存器接入電源前, 應加濾波電容并使其盡力接近芯片電源引腳,以濾除電源噪聲。額外,在DSP與片外手續儲存器和數值儲存器等關鍵局部四周圍提議屏蔽,可減損外界干擾。(12)片外手續儲存器和數值儲存器應盡力接近DSP芯片安放, 同時要合理布局, 使數值線和地址線參差基本維持完全一樣,特別當系統中有多片儲存器時要思索問題報時的鐘線到各儲存器的報時的鐘輸入距離對等或可以加單獨的可編程報時的鐘驅動芯片。對于DSP系統而言,應挑選存取速度與DSP相似的外部儲存器,不然DSP的高速處置有經驗將不可以充分施展。DSP指令周期為納秒級,故而DSP硬件系統中最易顯露出來的問題是高頻干擾,因為這個在制造DSP硬件系統的印制線路板(PCB)時,應加意對地址線和數值線等關緊信號線的布線要做到準確合理。布線時盡力使高頻線短而粗,且遠離易受干擾的信號線,如摹擬信號線等。當DSP四周圍電路較復雜時,提議將DSP及其報時的鐘電路、復位電路、片外手續儲存器、數值儲存器制造成最小系統,以減損干擾。   

(13)當本著以上原則,技術純熟預設工具的運用技法往后,經經手辦理工布線完成后,高頻電路為了增長系統的靠性和可出產性,普通都需求利用高級的PCB仿真軟件施行仿真。   

限于篇幅本文錯誤具體的仿真做周密紹介,但給大家的提議是假如有條件必須要對系統做仿真,這處給對幾個基本的概念。給大家做一個基本的解釋明白。   

啥子是電磁干擾(EMI)和電磁兼容性(EMC)?   

電磁干擾(Electromagnetic InteRFerence)有傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾是指經過導電媒介把一個電網絡上的信號耦合(干擾)到另一個電網絡。輻射干擾是指干擾源經過空間把其信號耦合(干擾)到另一個電網絡。在高速PCB及系統預設中,高頻信號線、集成電路的引腳、各類接插件等都有可能變成具備接收天線特別的性質的輻射干擾源,能發射電磁波并影響其它系統或本系統內其它子系統的正常辦公。   

啥子是信號完整性(signal integrity)?   

信號完整性是指信號在信號線上的品質。信號具備令人滿意的信號完整性是指當在需求的時刻,具備所不可少達到的電壓電平數字。差的信號完整性不是由某一純一因素造成的,而是板級預設中多種因素并肩引動的。主要的信號完整性問題涵蓋反射、振動、地彈、串擾等。   

啥子是反射(reflection)?   

反射就是在傳道輸送線上的回波。信號功率(電壓和電流)的一小批傳道輸送到線上并達到負載處,不過有一小批被反射了。假如源端與負載端具備相同的阻抗,反射就不會發生了。源端與負載端阻抗不般配會引動線上反射,負載將一小批電壓反射回源端。假如負載阻抗小于源阻抗,反射電壓為負,與之相反,假如負載阻抗大于源阻抗,反射電壓為正。布線的幾何式樣、錯誤的線端接、通過連署器的傳道輸送及電源最簡單的面的不蟬聯等因素的變動均會造成此類反射。   

啥子是串擾(crosstalk)?   

串擾是兩條信號線之間的耦合,信號線之間的互感和互容引動線上的噪聲。容性耦合導發耦合電流,而感性耦合導發耦合電壓。PCB板層的參變量、信號線間距、驅動端和收繳端的電氣特別的性質及線端接形式對串擾都有一定的影響。   

啥子是過沖(overshoot)和下沖(undershoot)?   

過沖就是第1個峰值或谷值超過設定電壓——對于升漲沿是指無上電壓而對于減退沿是指最低電壓。下沖是指下一個谷值或峰值。不為己甚的過沖能夠引動盡力照顧二極管辦公,造成過早地失去效力。不為己甚的下沖能夠引動假的報時的鐘或數值不正確(誤操作)。   

啥子是振動(ringing)和 圍繞振動(rounding)?   

振動的現象是反反復復顯露出來過沖和下沖。信號的振動和圍繞振動由線上過度的電感和電容引動,振動歸屬欠阻尼狀況而圍繞振動歸屬過阻尼狀況。信號完整性問題一般發生在周期信號中,如報時的鐘等,振動和圍繞振動同反射同樣也是由多種因素引動的,振動可以經過合適的端接予以減小,不過沒可能絕對消弭。   

啥子是地電最簡單的面反彈噪聲和回流噪聲?   

在電路中有大的電流涌動特殊情況引動地最簡單的面反彈噪聲(略稱為地彈),如數量多芯片的輸出同時開啟時,將有一個較大的瞬態電流在芯片與板的電源最簡單的面流過,芯片封裝與電源最簡單的面的電感和電阻會導發電源噪聲,這么會在真正的地最簡單的面(0V)上萌生電壓的撩動和變動,這個噪聲會影響其它元部件的動作。負載電容的增大、負載電阻的減小、地電感的增大、同時開關部件數量的增加均會造成地彈的增大。   

因為地電最簡單的面(涵蓋電源和地)瓜分,例如地層被瓜分為數碼地、摹擬地、屏蔽地等,當數碼信號走到摹擬地線地區范圍時,便會萌生地黃最簡單的面回流噪聲。一樣電源層也有可能會被瓜分為2.5V,3.3V,5V等。所以在多電壓PCB預設中,地電最簡單的面的反彈噪聲和回流噪聲需求尤其關切。   

在時域(time domain)和頻域(frequency domain)之間有啥子不一樣?   

時域(time domain)是以時間為基準的電壓或電流的變動的過程,可以用示波器仔細查看到。它一般用于找出管腳到管腳的延時(delays)、偏移(skew)、過沖(overshoot)、下沖(undershoot)以及樹立時間(settling times)。   

頻域(frequency domain)是以頻率為基準的電壓或電流的變動的過程,可以用頻譜剖析儀仔細查看到。它一般用于波形與FCC和其它EMI扼制限止之間的比較。   

啥子是阻抗(impedance)?   

阻抗是傳道輸送線上輸入電壓對輸入電流的比率(Z0=V/I)。當一個源發送一個信號到線上,它將阻攔它驅動,一直到2*TD時,源并沒有看見它的變更,在這處TD是線的延時(delay)。   

啥子是樹立時間(settling time)?   

樹立時間就是對于一個振動的信號牢穩到指定的最后值所需求的時間。   

啥子是管腳到管腳(pin-to-pin)的延時(delay)?   

管腳到管腳延時是指在驅動器端狀況的變更到收繳器端狀況的變更之間的時間。這些個變更一般發生在給定電壓的50百分之百,最小延時發生在當輸出第1個穿過給定的閾值(threshold),最大延時發生在當輸出最終一個越電流通過壓閾值(threshold),勘測全部這些個事情狀況。   

啥子是偏移(skew)?   

信號的偏移是對于同一個網絡到了不一樣的收繳器端之間的時間偏差。偏移還被用于在思維規律門上報時的鐘和數值達到的時間偏差。   

啥子是斜率(slew rate)?   

Slew rate就是邊沿斜率(一個信號的電壓相關的時間變更的比值)。I/O的技術規范 (如PCI)狀況在兩個電壓之間,這就是斜率(slew rate),它是可以勘測的。   

啥子是靜態線(quiescent line)?   

在現時的報時的鐘周期內它不顯露出來切換。額外也被稱為"stuck-at"線或static線。串擾(Crosstalk)能夠引動一個靜態線在報時的鐘周期內顯露出來切換。   

啥子是瞞報時的鐘(false clocking)?   

瞞報時的鐘是指報時的鐘穿過閾值(threshold)無認識地變更了狀況(有時候在VIL 或VIH之間)。一般因為不為己甚的下沖(undershoot)或串擾(crosstalk)引動。   

啥子是IBIS板型?   

IBIS(Input/Output Buffer Information Specification)板型是一種基于V/I曲線的對I/O BUFFER迅速正確建模的辦法,是反映芯片驅動和收繳電氣特別的性質的一種國際標準,它供給一種標準的文件款式來記錄如驅動源輸出阻抗、升漲/減退時間及輸入負載等參變量,十分適應做振動和串擾等高頻效應的計算與仿真。   

IBIS本身只是一種文件款式,它解釋明白在一標準的IBIS文件中怎么樣記錄一個芯片的驅動器和收繳器的不一樣參變量,但并不解釋明白這些個被記錄的參變量怎么樣運用,這些個參變量需求由運用IBIS板型的仿真工具來讀取。欲運用IBIS施行實際的仿真,需求先完成以下四件辦公。   

(1)取得相關芯片驅動器和收繳器的原始信息源;   

(2)取得一種將原始數值改換為IBIS款式的辦法;   

(3)供給用于仿實在可被計算機辨別的布局布線信息;   

(4)供給一種能夠讀取IBIS和布局布線款式并能夠進 行剖析計算的軟件工具。   

IBIS是一種簡單直觀的文件款式,很適應用于大致相似于Spice(但不是Spice,由于IBIS文件款式不可以直接被Spice工具讀取)的電路仿真工具。它供給驅動器和收繳器的行徑描寫,但不泄露電路內里建構的知識產權細節。換言之,銷行商可以用IBIS板型來解釋明白他們最新的門級預設辦公,而不會給其競爭對手透漏過多的產品信息。況且,由于IBIS是一個簡單的板型,看做簡單的帶負載仿真時,比相應的全Spice有三個電極的管子級板型仿真要節約10~15倍的計算量。   

IBIS供給兩條完整的V-I曲線作別代表驅動器為高電平靜低電平狀況,以及在確認的改換速度下狀況改換的曲線。V-I曲線的效用在于為IBIS供給盡力照顧二極管、TTL圖騰柱驅動源和射極尾隨輸出等非線性效應的建模有經驗。   

啥子是SPICE板型?   

SPICE是Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis的減寫。   

硬件調整技法

  硬件調整時應當注意的一點問題。如在硬件調整前,應先對電路板施行精細周密的查緝,仔細查看有無短路或斷路事情狀況(因為DSP的PCB板布線普通較密、較細,這種事情狀況發生的幾率仍然比較高的)。加電后,應用手撫摸時的感覺覺是否有點芯片尤其熱。假如發覺有點芯片燙得利害,需迅即掉電從新查緝電路。擯除故障后,繼續就應查緝結晶體是否振動,復位是否準確靠得住。而后用示波器查緝DSP的CLK-OUT1和CLK-OUT2引腳的信號是否正常,若正常則表明DSP本身辦公基本正常。   

(1)保障電源的牢穩靠得住   

在DSP硬件系統調整前,應保證給實驗板供電的電源有令人滿意的恒壓恒流特別的性質。特別要注意的是,DSP的入口電壓應維持在5.0V±0.05V。 電壓過低,則經過JTAG接口向Flash寫入手續時,會顯露出來不正確提醒;電壓過高,則會毀壞DSP芯片。   

(2)利用仿真軟件擯除硬件故障   

在完成對電路板的查緝后,就可經過仿真軟件來調整手續。因為仿真時,手續代碼下載到目的系統中的片外手續儲存器,故而經過仿真軟件可以比較容易地查緝出一點硬件故障。在上電后,若仿真軟件調整窗戶始末沒有辦法調入手續,則有兩種有可能:① DSP芯片引腳存在斷路或短路現象;②DSP芯片毀壞。倘如果是首次利用仿真軟件調整手續,此時對付實驗板斷電,仔細查緝DSP芯片各引腳的燒焊事情狀況。假如軟件調整窗戶曾準確調入手續,則有可能是DSP芯片毀壞。此時,可經過檢驗測定實驗板的整板阻抗進一步判斷DSP芯片是否受損。若整板阻抗急速減退,可將給DSP芯片供電的電源線割斷,檢驗測定DSP芯片的電阻。   

假如軟件調整窗戶可調入手續,但調入的手續部分出錯,如對片外手續儲存器或數值儲存器操作的代碼成為.word xxxx,此時有可能是片外手續儲存器或數值儲存器顯露出來故障。應仔細查緝儲存器是否存在短路或虛焊,若不存在則應進一步判斷儲存器是否受損。

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