PCB设计中的常见问题解答（三）

relchhiclty · 发表于 2020-11-4 10:33

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PCB设计中的常见问题解答（三）

30、如何选择EDA工具？
目前的pcb设计软件中，热分析都不是强项，所以并不建议选用，其它的功能1.3.4可以选择pads或cadence性能价格比都不错。PLD的设计的初学者可以采用PLD芯片厂家提供的集成环境，在做到百万门以上的设计时可以选用单点工具。
31、请推荐一种适合于高速信号处理和传输的EDA软件。
常规的电路设计，INNOVEDA 的 PADS 就非常不错，且有配合用的仿真软件，而这类设计往往占据了70%的应用场合。在做高速电路设计，模拟和数字混合电路，采用Cadence的解决方案应该属于性能价格比较好的软件，当然mentor的性能还是非常不错的，特别是它的设计流程管理方面应该是最为优秀的。想了解更多内容欢迎加Q1187729241
32、对PCB板各层含义的解释
Topoverlay ----顶层器件名称，也叫 top silkscreen 或者 top component legend, 比如 R1 C5, IC10.
bottomoverlay----同理
multilayer-----如果你设计一个4层板，你放置一个 free pad or via, 定义它作为multilay 那么它的pad就会自动出现在4个层上，如果你只定义它是top layer, 那么它的pad就会只出现在顶层上。
33、2G以上高频PCB设计，走线,排版,应重点注意哪些方面？
2G以上高频PCB属于射频电路设计，不在高速数字电路设计讨论范围内。而射频电路的布局（layout)和布线（routing)应该和原理图一起考虑的，因为布局布线都会造成分布效应。而且，射频电路设计一些无源器件是通过参数化定义，特殊形状铜箔实现，因此要求EDA工具能够提供参数化器件，能够编辑特殊形状铜箔。
Mentor公司的boardstation中有专门的RF设计模块，能够满足这些要求。而且，一般射频设计要求有专门射频电路分析工具，业界最著名的是agilent的eesoft，和Mentor的工具有很好的接口。
34、2G以上高频PCB设计，微带的设计应遵循哪些规则?
射频微带线设计，需要用三维场分析工具提取传输线参数。所有的规则应该在这个场提取工具中规定。
35、对于全数字信号的PCB，板上有一个80MHz的钟源。除了采用丝网（接地）外，为了保证有足够的驱动能力，还应该采用什么样的电路进行保护？
确保时钟的驱动能力，不应该通过保护实现，一般采用时钟驱动芯片。一般担心时钟驱动能力，是因为多个时钟负载造成。采用时钟驱动芯片，将一个时钟信号变成几个，采用点到点的连接。选择驱动芯片，除了保证与负载基本匹配，信号沿满足要求（一般时钟为沿有效信号），在计算系统时序时，要算上时钟在驱动芯片内时延。
36、如果用单独的时钟信号板，一般采用什么样的接口，来保证时钟信号的传输受到的影响小？
时钟信号越短，传输线效应越小。采用单独的时钟信号板，会增加信号布线长度。而且单板的接地供电也是问题。如果要长距离传输，建议采用差分信号。LVDS信号可以满足驱动能力要求，不过您的时钟不是太快，没有必要。
37、27M,SDRAM时钟线（80M-90M），这些时钟线二三次谐波刚好在VHF波段，从接收端高频窜入后干扰很大。除了缩短线长以外，还有那些好办法？
如果是三次谐波大，二次谐波小，可能因为信号占空比为50%，因为这种情况下，信号没有偶次谐波。这时需要修改一下信号占空比。
此外，对于如果是单向的时钟信号，一般采用源端串联匹配。这样可以抑制二次反射，但不会影响时钟沿速率。源端匹配值，可以采用下图公式得到。

38、什么是走线的拓扑架构？
Topology,有的也叫routing order.对于多端口连接的网络的布线次序。
39、怎样调整走线的拓扑架构来提高信号的完整性？
这种网络信号方向比较复杂，因为对单向，双向信号，不同电平种类信号，拓朴影响都不一样，很难说哪种拓朴对信号质量有利。而且作前仿真时，采用何种拓朴对工程师要求很高，要求对电路原理，信号类型，甚至布线难度等都要了解。
40、怎样通过安排迭层来减少EMI问题？
首先，EMI要从系统考虑，单凭PCB无法解决问题。
层叠对EMI来讲，我认为主要是提供信号最短回流路径，减小耦合面积，抑制差模干扰。另外地层与电源层紧耦合，适当比电源层外延，对抑制共模干扰有好处。
41、为何要铺铜？
一般铺铜有几个方面原因。
１，EMC.对于大面积的地或电源铺铜，会起到屏蔽作用，有些特殊地，如PGND起到防护作用。
２，PCB工艺要求。一般为了保证电镀效果，或者层压不变形，对于布线较少的PCB板层铺铜。
３，信号完整性要求，给高频数字信号一个完整的回流路径，并减少直流网络的布线。当然还有散热，特殊器件安装要求铺铜等等原因。
42、在一个系统中，包含了DSP和pld，请问布线时要注意哪些问题呢？
看你的信号速率和布线长度的比值。如果信号在传输线上的时延和信号变化沿时间可比的话，就要考虑信号完整性问题。另外对于多个DSP，时钟，数据信号走线拓普也会影响信号质量和时序，需要关注。
43、除protel工具布线外，还有其他好的工具吗？
至于工具，除了PROTEL，还有很多布线工具，如MENTOR的WG2000,EN2000系列和powerpcb，Cadence的allegro，Zuken的cadstar,cr5000等，各有所长。
44、什么是“信号回流路径”？
信号回流路径,即return current。高速数字信号在传输时，信号的流向是从驱动器沿PCB传输线到负载，再由负载沿着地或电源通过最短路径返回驱动器端。这个在地或电源上的返回信号就称信号回流路径。Dr.Johson在他的书中解释，高频信号传输，实际上是对传输线与直流层之间包夹的介质电容充电的过程。SI分析的就是这个围场的电磁特性，以及他们之间的耦合。
45、如何对接插件进行SI分析？
在IBIS3.2规范中，有关于接插件模型的描述。一般使用EBD模型。如果是特殊板，如背板，需要SPICE模型。也可以使用多板仿真软件（HYPERLYNX或IS_multiboard），建立多板系统时，输入接插件的分布参数，一般从接插件手册中得到。当然这种方式会不够精确，但只要在可接受范围内即可。
46、请问端接的方式有哪些？
端接（terminal）,也称匹配。一般按照匹配位置分有源端匹配和终端匹配。其中源端匹配一般为电阻串联匹配，终端匹配一般为并联匹配，方式比较多，有电阻上拉，电阻下拉，戴维南匹配，AC匹配，肖特基二极管匹配。
47、采用端接（匹配）的方式是由什么因素决定的？
匹配采用方式一般由BUFFER特性，拓普情况，电平种类和判决方式来决定，也要考虑信号占空比，系统功耗等。
48、采用端接（匹配）的方式有什么规则？
数字电路最关键的是时序问题，加匹配的目的是改善信号质量，在判决时刻得到可以确定的信号。对于电平有效信号，在保证建立、保持时间的前提下，信号质量稳定；对延有效信号，在保证信号延单调性前提下，信号变化延速度满足要求。
49、能否利用器件的IBIS模型对器件的逻辑功能进行仿真？如果不能，那么如何进行电路的板级和系统级仿真？
IBIS模型是行为级模型，不能用于功能仿真。功能仿真，需要用SPICE模型，或者其他结构级模型。
50、在数字和模拟并存的系统中，有2种处理方法，一个是数字地和模拟地分开，比如在地层，数字地是独立地一块，模拟地独立一块，单点用铜皮或FB磁珠连接，而电源不分开；另一种是模拟电源和数字电源分开用FB连接，而地是统一地。这两种方法效果是否一样？
应该说从原理上讲是一样的。因为电源和地对高频信号是等效的。
区分模拟和数字部分的目的是为了抗干扰，主要是数字电路对模拟电路的干扰。但是，分割可能造成信号回流路径不完整，影响数字信号的信号质量，影响系统EMC质量。因此，无论分割哪个平面，要看这样作，信号回流路径是否被增大，回流信号对正常工作信号干扰有多大。
现在也有一些混合设计，不分电源和地，在布局时，按照数字部分、模拟部分分开布局布线，避免出现跨区信号。
51、安规问题：FCC、EMC的具体含义是什么？
FCC: federal communication commission 美国通信委员会
EMC: electro megnetic compatibility 电磁兼容
FCC是个标准组织，EMC是一个标准。标准颁布都有相应的原因，标准和测试方法。
52、何谓差分布线？
差分信号，有些也称差动信号，用两根完全一样，极性相反的信号传输一路数据，依靠两根信号电平差进行判决。为了保证两根信号完全一致，在布线时要保持并行，线宽、线间距保持不变。
53、PCB仿真软件有哪些？
仿真的种类很多，高速数字电路信号完整性分析仿真分析(SI)常用软件有icx,signalvision,hyperlynx,XTK,speectraquest等。有些也用Hspice。
54、PCB仿真软件是如何进行LAYOUT仿真的？
高速数字电路中，为了提高信号质量，降低布线难度，一般采用多层板，分配专门的电源层，地层。
55、在布局、布线中如何处理才能保证50M以上信号的稳定性
高速数字信号布线，关键是减小传输线对信号质量的影响。因此，100M以上的高速信号布局时要求信号走线尽量短。
数字电路中，高速信号是用信号上升延时间来界定的。而且，不同种类的信号（如TTL,GTL,LVTTL），确保信号质量的方法不一样。
56、室外单元的射频部分，中频部分，乃至对室外单元进行监控的低频电路部分往往采用部署在同一PCB上，请问对这样的PCB在材质上有何要求？如何防止射频，中频乃至低频电路互相之间的干扰？小班授课QQ1187729241
混合电路设计是一个很大的问题。很难有一个完美的解决方案。
一般射频电路在系统中都作为一个独立的单板进行布局布线，甚至会有专门的屏蔽腔体。而且射频电路一般为单面或双面板，电路较为简单，所有这些都是为了减少对射频电路分布参数的影响，提高射频系统的一致性。相对于一般的FR4材质，射频电路板倾向与采用高Q值的基材，这种材料的介电常数比较小，传输线分布电容较小，阻抗高，信号传输时延小。
在混合电路设计中，虽然射频，数字电路做在同一块PCB上，但一般都分成射频电路区和数字电路区，分别布局布线。之间用接地过孔带和屏蔽盒屏蔽。
57、对于射频部分，中频部分和低频电路部分部署在同一PCB上，mentor有什么解决方案？
Mentor的板级系统设计软件，除了基本的电路设计功能外，还有专门的RF设计模块。在RF原理图设计模块中，提供参数化的器件模型，并且提供和EESOFT等射频电路分析仿真工具的双向接口；在RF LAYOUT模块中，提供专门用于射频电路布局布线的图案编辑功能，也有和EESOFT等射频电路分析仿真工具的双向接口，对于分析仿真后的结果可以反标回原理图和PCB。同时，利用Mentor软件的设计管理功能，可以方便的实现设计复用，设计派生，和协同设计。大大加速混合电路设计进程。
手机板是典型的混合电路设计，很多大型手机设计制造商都利用Mentor加安杰伦的eesoft作为设计平台。
58、mentor的产品结构如何？
Mentor Graphics的PCB工具有WG(原veribest)系列和Enterprise(boardstation)系列。
59、Mentor的PCB设计软件对BGA、PGA、COB等封装是如何支持的？
Mentor的autoactive RE由收购得来的veribest发展而来，是业界第一个无网格，任意角度布线器。
众所周知，对于球栅阵列，COB器件，无网格，任意角度布线器是解决布通率的关键。
在最新的autoactive RE中，新增添了推挤过孔，铜箔，REROUTE等功能，使它应用更方便。另外，他支持高速布线，包括有时延要求信号布线和差分对布线。
60、Mentor的PCB设计软件对差分线队的处理又如何？
Mentor软件在定义好差分对属性后，两根差分对可以一起走线，严格保证差分对线宽，间距和长度差，遇到障碍可以自动分开，在换层时可以选择过孔方式。
61、在一块12层PCb板上，有三个电源层2.2v，3.3v,5v，将三个电源各作在一层，地线该如何处理？
一般说来，三个电源分别做在三层，对信号质量比较好。因为不大可能出现信号跨平面层分割现象。跨分割是影响信号质量很关键的一个因素，而仿真软件一般都忽略了它。
对于电源层和地层，对高频信号来说都是等效的。在实际中，除了考虑信号质量外，电源平面耦合(利用相邻地平面降低电源平面交流阻抗)，层叠对称，都是需要考虑的因素。
62、PCB在出厂时如何检查是否达到了设计工艺要求？
很多PCB厂家在PCB加工完成出厂前，都要经过加电的网络通断测试，以确保所有联线正确。同时，越来越多的厂家也采用x光测试，检查蚀刻或层压时的一些故障。
对于贴片加工后的成品板，一般采用ICT测试检查，这需要在PCB设计时添加ICT测试点。如果出现问题，也可以通过一种特殊的X光检查设备排除是否加工原因造成故障。
63、“机构的防护”是不是机壳的防护？
是的。机壳要尽量严密，少用或不用导电材料，尽可能接地。
64、在芯片选择的时候是否也需要考虑芯片本身的ESD问题？
不论是双层板还是多层板，都应尽量增大地的面积。在选择芯片时要考虑芯片本身的ESD特性，这些在芯片说明中一般都有提到，而且即使不同厂家的同一种芯片性能也会有所不同。设计时多加注意，考虑的全面一点，做出电路板的性能也会得到一定的保证。但ESD的问题仍然可能出现，因此机构的防护对ESD的防护也是相当重要的。
65、在做pcb板的时候，为了减小干扰，地线是否应该构成闭和形式？
在做PCB板的时候，一般来讲都要减小回路面积，以便减少干扰，布地线的时候，也不应布成闭合形式，而是布成树枝状较好，还有就是要尽可能增大地的面积。
66、如果仿真器用一个电源，pcb板用一个电源，这两个电源的地是否应该连在一起？
如果可以采用分离电源当然较好，因为如此电源间不易产生干扰，但大部分设备是有具体要求的。既然仿真器和PCB板用的是两个电源，按我的想法是不该将其共地的。
67、一个电路由几块pcb板构成，他们是否应该共地？
一个电路由几块PCB构成，多半是要求共地的，因为在一个电路中用几个电源毕竟是不太实际的。但如果你有具体的条件，可以用不同电源当然干扰会小些。
68、设计一个手持产品，带LCD，外壳为金属。测试ESD时，无法通过ICE-1000-4-2的测试，CONTACT只能通过1100V，AIR可以通过6000V。ESD耦合测试时，水平只能可以通过3000V，垂直可以通过4000V测试。CPU主频为33MHZ。有什么方法可以通过ESD测试？
手持产品又是金属外壳，ESD的问题一定比较明显，LCD也恐怕会出现较多的不良现象。如果没办法改变现有的金属材质，则建议在机构内部加上防电材料，加强PCB的地，同时想办法让LCD接地。当然，如何操作要看具体情况。
69、设计一个含有DSP，PLD的系统，该从那些方面考虑ESD？
就一般的系统来讲，主要应考虑人体直接接触的部分，在电路上以及机构上进行适当的保护。至于ESD会对系统造成多大的影响，那还要依不同情况而定。干燥的环境下，ESD现象会比较严重，较敏感精细的系统，ESD的影响也会相对严重。

MadgeP1 · 发表于 2020-11-4 11:19

都是很实用的东东，谢谢楼主分享。

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