高速pcb设计需要注意哪些问题

Question

如题所述

Answer 1

问题太多了，一句两句也说不清，自己看吧。
高速PCB设计指南之一
第一篇 PCB布线
在PCB设计中,布线是完成产品设计的重要步骤,可以说前面的准备工作都是为它而
做的, 在整个PCB中,以布线的设计过程限定最高,技巧最细,工作量最大.PCB布线有
单面布线, 双面布线及多层布线.布线的方式也有两种:自动布线及交互式布线,在自动
布线之前, 可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线,输入端与输出端的边线应避
免相邻平行, 以免产生反射干扰.必要时应加地线隔离,两相邻层的布线要互相垂直,平
行容易产生寄生耦合.
自动布线的布通率,依赖于良好的布局,布线规则可以预先设定, 包括走线的弯曲次数,
导通孔的数目,步进的数目等.一般先进行探索式布经线,快速地把短线连通, 然后进行
迷宫式布线,先把要布的连线进行全局的布线路径优化,它可以根据需要断开已布的线. 并
试着重新再布线,以改进总体效果.
对目前高密度的PCB设计已感觉到贯通孔不太适应了, 它浪费了许多宝贵的布线通道,
为解决这一矛盾,出现了盲孔和埋孔技术,它不仅完成了导通孔的作用, 还省出许多布线
通道使布线过程完成得更加方便,更加流畅,更为完善,PCB 板的设计过程是一个复杂而
又简单的过程,要想很好地掌握它,还需广大电子工程设计人员去自已体会, 才能得到其
中的真谛.
1 电源,地线的处理
既使在整个PCB板中的布线完成得都很好,但由于电源, 地线的考虑不周到而引起的干
扰,会使产品的性能下降,有时甚至影响到产品的成功率.所以对电, 地线的布线要认真
对待,把电,地线所产生的噪音干扰降到最低限度,以保证产品的质量.
对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因,
现只对降低式抑制噪音作以表述:
(1),众所周知的是在电源,地线之间加上去耦电容.
(2),尽量加宽电源,地线宽度,最好是地线比电源线宽,它们的关系是:地线>电源线>
信号线,通常信号线宽为:0.2～0.3mm,最经细宽度可达0.05～0.07mm,电源线为1.2～2.5 mm
对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不
能这样使用)
(3),用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用.或
是做成多层板,电源,地线各占用一层.
2 数字电路与模拟电路的共地处理
现在有许多PCB不再是单一功能电路(数字或模拟电路),而是由数字电路和模拟电路混
合构成的.因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题,特别是地线上的噪音干扰.
数字电路的频率高,模拟电路的敏感度强,对信号线来说,高频的信号线尽可能远离敏感
的模拟电路器件,对地线来说,整人PCB对外界只有一个结点,所以必须在PCB内部进行
处理数,模共地的问题,而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连,只
是在PCB与外界连接的接口处(如插头等).数字地与模拟地有一点短接,请注意,只有一
个连接点.也有在PCB上不共地的,这由系统设计来决定.
高速PCB设计指南
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3 信号线布在电(地)层上
在多层印制板布线时,由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多,再多加层数就会造成
浪费也会给生产增加一定的工作量,成本也相应增加了,为解决这个矛盾,可以考虑在电(地)
层上进行布线.首先应考虑用电源层,其次才是地层.因为最好是保留地层的完整性.
4 大面积导体中连接腿的处理
在大面积的接地(电)中,常用元器件的腿与其连接,对连接腿的处理需要进行综合的考
虑,就电气性能而言,元件腿的焊盘与铜面满接为好,但对元件的焊接装配就存在一些不良
隐患如:①焊接需要大功率加热器.②容易造成虚焊点.所以兼顾电气性能与工艺需要,做
成十字花焊盘,称之为热隔离(heat shield)俗称热焊盘(Thermal),这样,可使在焊接时
因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少.多层板的接电(地)层腿的处理相同.
5 布线中网络系统的作用
在许多CAD系统中,布线是依据网络系统决定的.网格过密,通路虽然有所增加,但步
进太小,图场的数据量过大,这必然对设备的存贮空间有更高的要求,同时也对象计算机类
电子产品的运算速度有极大的影响.而有些通路是无效的,如被元件腿的焊盘占用的或被安
装孔,定们孔所占用的等.网格过疏,通路太少对布通率的影响极大.所以要有一个疏密合
理的网格系统来支持布线的进行.
标准元器件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm),所以网格系统的基础一般就定为0.1英寸
(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍数,如:0.05英寸,0.025英寸,0.02英寸等.
6 设计规则检查(DRC)
布线设计完成后,需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则,同时也需确认所制
定的规则是否符合印制板生产工艺的需求,一般检查有如下几个方面:
(1),线与线,线与元件焊盘,线与贯通孔,元件焊盘与贯通孔,贯通孔与贯通孔之间的距
离是否合理,是否满足生产要求.
(2),电源线和地线的宽度是否合适,电源与地线之间是否紧耦合(低的波阻抗) 在PCB
中是否还有能让地线加宽的地方.
(3),对于关键的信号线是否采取了最佳措施,如长度最短,加保护线,输入线及输出线被
明显地分开.
(4),模拟电路和数字电路部分,是否有各自独立的地线.
(5)后加在PCB中的图形(如图标,注标)是否会造成信号短路.
(6)对一些不理想的线形进行修改.
(7),在PCB上是否加有工艺线 阻焊是否符合生产工艺的要求,阻焊尺寸是否合适,字
符标志是否压在器件焊盘上,以免影响电装质量.
(8),多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小,如电源地层的铜箔露出板外容易造成短
路.

参考资料：http://host1.01ruodian.com/upfile/20074419430.pdf

Answer 2

问题太多了，一句两句也说不清，自己看吧。
高速PCB设计指南之一
第一篇 PCB布线
在PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是为它而
做的， 在整个PCB中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细，工作量最大.PCB布线有
单面布线， 双面布线及多层布线.布线的方式也有两种:自动布线及交互式布线，在自动
布线之前， 可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线，输入端与输出端的边线应避
免相邻平行， 以免产生反射干扰.必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平
行容易产生寄生耦合.
自动布线的布通率，依赖于良好的布局，布线规则可以预先设定， 包括走线的弯曲次数，
导通孔的数目，步进的数目等.一般先进行探索式布经线，快速地把短线连通， 然后进行
迷宫式布线，先把要布的连线进行全局的布线路径优化，它可以根据需要断开已布的线. 并
试着重新再布线，以改进总体效果.
对目前高密度的PCB设计已感觉到贯通孔不太适应了， 它浪费了许多宝贵的布线通道，
为解决这一矛盾，出现了盲孔和埋孔技术，它不仅完成了导通孔的作用， 还省出许多布线
通道使布线过程完成得更加方便，更加流畅，更为完善，PCB 板的设计过程是一个复杂而
又简单的过程，要想很好地掌握它，还需广大电子工程设计人员去自已体会， 才能得到其
中的真谛.
1 电源，地线的处理
既使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源， 地线的考虑不周到而引起的干
扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率.所以对电， 地线的布线要认真
对待，把电，地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量.
对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因，
现只对降低式抑制噪音作以表述:
(1)，众所周知的是在电源，地线之间加上去耦电容.
(2)，尽量加宽电源，地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是:地线>电源线>
信号线，通常信号线宽为:0.2~0.3mm，最经细宽度可达0.05~0.07mm，电源线为1.2~2.5 mm
对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路， 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不
能这样使用)
(3)，用大面积铜层作地线用，在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用.或
是做成多层板，电源，地线各占用一层.
2 数字电路与模拟电路的共地处理
现在有许多PCB不再是单一功能电路(数字或模拟电路)，而是由数字电路和模拟电路混
合构成的.因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题，特别是地线上的噪音干扰.
数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强，对信号线来说，高频的信号线尽可能远离敏感
的模拟电路器件，对地线来说，整人PCB对外界只有一个结点，所以必须在PCB内部进行
处理数，模共地的问题，而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连，只
是在PCB与外界连接的接口处(如插头等).数字地与模拟地有一点短接，请注意，只有一
个连接点.也有在PCB上不共地的，这由系统设计来决定.
高速PCB设计指南
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3 信号线布在电(地)层上
在多层印制板布线时，由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多，再多加层数就会造成
浪费也会给生产增加一定的工作量，成本也相应增加了，为解决这个矛盾，可以考虑在电(地)
层上进行布线.首先应考虑用电源层，其次才是地层.因为最好是保留地层的完整性.
4 大面积导体中连接腿的处理
在大面积的接地(电)中，常用元器件的腿与其连接，对连接腿的处理需要进行综合的考
虑，就电气性能而言，元件腿的焊盘与铜面满接为好，但对元件的焊接装配就存在一些不良
隐患如:①焊接需要大功率加热器.②容易造成虚焊点.所以兼顾电气性能与工艺需要，做
成十字花焊盘，称之为热隔离(heat shield)俗称热焊盘(Thermal)，这样，可使在焊接时
因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少.多层板的接电(地)层腿的处理相同.
5 布线中网络系统的作用
在许多CAD系统中，布线是依据网络系统决定的.网格过密，通路虽然有所增加，但步
进太小，图场的数据量过大，这必然对设备的存贮空间有更高的要求，同时也对象计算机类
电子产品的运算速度有极大的影响.而有些通路是无效的，如被元件腿的焊盘占用的或被安
装孔，定们孔所占用的等.网格过疏，通路太少对布通率的影响极大.所以要有一个疏密合
理的网格系统来支持布线的进行.
标准元器件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm)，所以网格系统的基础一般就定为0.1英寸
(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍数，如:0.05英寸，0.025英寸，0.02英寸等.
6 设计规则检查(DRC)
布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，同时也需确认所制
定的规则是否符合印制板生产工艺的需求，一般检查有如下几个方面:
(1)，线与线，线与元件焊盘，线与贯通孔，元件焊盘与贯通孔，贯通孔与贯通孔之间的距
离是否合理，是否满足生产要求.
(2)，电源线和地线的宽度是否合适，电源与地线之间是否紧耦合(低的波阻抗) 在PCB
中是否还有能让地线加宽的地方.
(3)，对于关键的信号线是否采取了最佳措施，如长度最短，加保护线，输入线及输出线被
明显地分开.
(4)，模拟电路和数字电路部分，是否有各自独立的地线.
(5)后加在PCB中的图形(如图标，注标)是否会造成信号短路.
(6)对一些不理想的线形进行修改.
(7)，在PCB上是否加有工艺线 阻焊是否符合生产工艺的要求，阻焊尺寸是否合适，字
符标志是否压在器件焊盘上，以免影响电装质量.
(8)，多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小，如电源地层的铜箔露出板外容易造成短。

Answer 3

布线拓朴对信号完整性的影响
当信号在高速PCB板上沿传输线传输时可能会产生信号完整性问题。意法半导体的网友tongyang问：对于一组总线(地址，数据，命令)驱动多达4、5个设备(FLASH、SDRAM等)的情况，在PCB布线时，是总线依次到达各设备，如先连到SDRAM，再到FLASH……还是总线呈星型分布，即从某处分离，分别连到各设备。这两种方式在信号完整性上.
对此，李宝龙指出，布线拓扑对信号完整性的影响，主要反映在各个节点上信号到达时刻不一致，反射信号同样到达某节点的时刻不一致，所以造成信号质量恶化。一般来讲，星型拓扑结构，可以通过控制同样长的几个分支，使信号传输和反射时延一致，达到比较好的信号质量。在使用拓扑之间，要考虑到信号拓扑节点情况、实际工作原理和布线难度。不同的Buffer，对于信号的反射影响也不一致，所以星型拓扑并不能很好解决上述数据地址总线连接到FLASH和SDRAM的时延，进而无法确保信号的质量;另一方面，高速的信号一般在DSP和SDRAM之间通信，FLASH加载时的速率并不高，所以在高速仿真时只要确保实际高速信号有效工作的节点处的波形，而无需关注FLASH处波形;星型拓扑比较菊花链等拓扑来讲，布线难度较大，尤其大量数据地址信号都采用星型拓扑时。
焊盘对高速信号的影响
在PCB中，从设计的角度来看一个过孔主要由两部分组成：中间的钻孔和钻孔周围的焊盘。有名为fulonm的工程师请教嘉宾焊盘对高速信号有何影响，对此，李宝龙表示：焊盘对高速信号有影响，其影响类似器件的封装对器件的影响。详细的分析，信号从IC内出来以后，经过邦定线、管脚、封装外壳、焊盘、焊锡到达传输线，这个过程中的所有关节都会影响信号的质量。但实际分析时，很难给出焊盘、焊锡加上管脚的具体参数。所以一般就用IBIS模型中的封装的参数将他们都概括了，当然这样的分析在较低的频率上可以接收，但对于更高频率信号更高精度仿真就不够精确。现在的一个趋势是用IBIS的V-I、V-T曲线描述Buffer特性，用SPICE模型描述封装参数。
如何抑制电磁干扰
PCB是产生电磁干扰(EMI)的源头，所以PCB设计直接关系到电子产品的电磁兼容性(EMC)。如果在高速PCB设计中对EMC/EMI予以重视，将有助缩短产品研发周期加快产品上市时间。因此，不少工程师在此次论坛中非常关注抑制电磁干扰的问题。例如，无锡祥生医学影像有限责任公司的舒剑表示，在EMC测试中发现时钟信号的谐波超标十分严重，请问是不是要对使用到时钟信号的IC的电源引脚做特殊处理，目前只是在电源引脚上连接去耦电容。在PCB设计中还有需要注意哪些方面以抑止电磁辐射呢?对此，李宝龙指出，EMC的三要素为辐射源，传播途径和受害体。传播途径分为空间辐射传播和电缆传导。所以要抑制谐波，首先看看它传播的途径。电源去耦是解决传导方式传播，此外，必要的匹配和屏蔽也是需要的。
李宝龙也在回答WHITE网友的问题时指出，滤波是解决EMC通过传导途径辐射的一个好办法，除此之外，还可以从干扰源和受害体方面入手考虑。干扰源方面，试着用示波器检查一下信号上升沿是否太快，存在反射或Overshoot、undershoot或ringing，如果有，可以考虑匹配;另外尽量避免做50%占空比的信号，因为这种信号没有偶次谐波，高频分量更多。受害体方面，可以考虑包地等措施。
RF布线是选择过孔还是打弯布线
对此，李宝龙指出，分析RF电路的回流路径，与高速数字电路中信号回流不太一样。二者有共同点，都是分布参数电路，都是应用Maxwell方程计算电路的特性。但射频电路是模拟电路，有电路中电压V=V(t)、电流I=I(t)两个变量都需要进行控制，而数字电路只关注信号电压的变化V=V(t)。因此，在RF布线中，除了考虑信号回流外，还需要考虑布线对电流的影响。即打弯布线和过孔对信号电流有没有影响。此外，大多数RF板都是单面或双面PCB，并没有完整的平面层，回流路径分布在信号周围各个地和电源上，仿真时需要使用3D场提取工具分析，这时候打弯布线和过孔的回流需要具体分析;高速数字电路分析一般只处理有完整平面层的多层PCB，使用2D场提取分析，只考虑在相邻平面的信号回流，过孔只作为一个集总参数的R-L-C处理。