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    11选5每期必中的万能码:浅谈PCB三种特殊走线技巧

    2018年11月13日 09:17 ? 次阅读

    山东11选5走势图 www.iic6.com 布线(Layout)是pcb设计工程师最基本的工作技能之一。走线的好坏将直接影响到整个系统的性能,大多数高速的设计理论也要最终经过Layout得以实现并验证,由此可见,布线在高速pcb设计中是至关重要的。下面将针对实际布线中可能遇到的一些情况,分析其合理性,并给出一些比较优化的走线策略。

    主要从直角走线,差分走线,蛇形线等三个方面来阐述。

    1.直角走线

    直角走线一般是pcb布线中要求尽量避免的情况,也几乎成为衡量布线好坏的标准之一,那么直角走线究竟会对信号传输产生多大的影响呢?从原理上说,直角走线会使传输线的线宽发生变化,造成阻抗的不连续。其实不光是直角走线,顿角,锐角走线都可能会造成阻抗变化的情况。

    直角走线的对信号的影响就是主要体现在三个方面:

    一是拐角可以等效为传输线上的容性负载,减缓上升时间;

    二是阻抗不连续会造成信号的反射;

    三是直角尖端产生的EMI。

    传输线的直角带来的寄生电容可以由下面这个经验公式来计算:

    C=61W(Er)1/2/Z0

    在上式中,C就是指拐角的等效电容(单位:pF),W指走线的宽度(单位:inch),εr指介质的介电常数,Z0就是传输线的特征阻抗。举个例子,对于一个4Mils的50欧姆传输线(εr为4.3)来说,一个直角带来的电容量大概为0.0101pF,进而可以估算由此引起的上升时间变化量:

    T10-90%=2.2CZ0/2=2.20.010150/2=0.556ps

    通过计算可以看出,直角走线带来的电容效应是极其微小的。

    由于直角走线的线宽增加,该处的阻抗将减小,于是会产生一定的信号反射现象,我们可以根据传输线章节中提到的阻抗计算公式来算出线宽增加后的等效阻抗,然后根据经验公式计算反射系数:

    ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0)

    一般直角走线导致的阻抗变化在7%-20%之间,因而反射系数最大为0.1左右。而且,从下图可以看到,在W/2线长的时间内传输线阻抗变化到最小,再经过W/2时间又恢复到正常的阻抗,整个发生阻抗变化的时间极短,往往在10ps之内,这样快而且微小的变化对一般的信号传输来说几乎是可以忽略的。

    浅谈PCB三种特殊走线技巧

    很多人对直角走线都有这样的理解,认为尖端容易发射或接收电磁波,产生EMI,这也成为许多人认为不能直角走线的理由之一。然而很多实际测试的结果显示,直角走线并不会比直线产生很明显的EMI。也许目前的仪器性能,测试水平制约了测试的精确性,但至少说明了一个问题,直角走线的辐射已经小于仪器本身的测量误差。

    总的说来,直角走线并不是想象中的那么可怕。至少在GHz以下的应用中,其产生的任何诸如电容,反射,EMI等效应在TDR测试中几乎体现不出来,高速pcb设计工程师的重点还是应该放在布局,电源/地设计,走线设计,过孔等其他方面。当然,尽管直角走线带来的影响不是很严重,但并不是说我们以后都可以走直角线,注意细节是每个优秀工程师必备的基本素质,而且,随着数字电路的飞速发展,pcb工程师处理的信号频率也会不断提高,到10GHz以上的RF设计领域,这些小小的直角都可能成为高速问题的重点对象。

    2.差分走线

    差分信号(DifferentialSignal)在高速电路设计中的应用越来越广泛,电路中最关键的信号往往都要采用差分结构设计,什么另它这么倍受青睐呢?在pcb设计中又如何能保证其良好的性能呢?带着这两个问题,我们进行下一部分的讨论。

    浅谈PCB三种特殊走线技巧

    何为差分信号?通俗地说,就是驱动端发送两个等值、反相的信号,接收端通过比较这两个电压的差值来判断逻辑状态“0”还是“1”。而承载差分信号的那一对走线就称为差分走线。

    差分信号和普通的单端信号走线相比,最明显的优势体现在以下三个方面:

    a.抗干扰能力强,因为两根差分走线之间的耦合很好,当外界存在噪声干扰时,几乎是同时被耦合到两条线上,而接收端关心的只是两信号的差值,所以外界的共模噪声可以被完全抵消。

    b.能有效抑制EMI,同样的道理,由于两根信号的极性相反,他们对外辐射的电磁场可以相互抵消,耦合的越紧密,泄放到外界的电磁能量越少。

    c.时序定位精确,由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点,而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断,因而受工艺,温度的影响小,能降低时序上的误差,同时也更适合于低幅度信号的电路。目前流行的LVDS(lowvoltagedifferenTIalsignaling)就是指这种小振幅差分信号技术。

    对于pcb工程师来说,最关注的还是如何确保在实际走线中能完全发挥差分走线的这些优势。也许只要是接触过Layout的人都会了解差分走线的一般要求,那就是“等长、等距”。等长是为了保证两个差分信号时刻保持相反极性,减少共模分量;等距则主要是为了保证两者差分阻抗一致,减少反射?!熬×靠拷颉庇惺焙蛞彩遣罘肿呦叩囊笾?。但所有这些规则都不是用来生搬硬套的,不少工程师似乎还不了解高速差分信号传输的本质。

    下面重点讨论一下pcb差分信号设计中几个常见的误区。

    误区一:认为差分信号不需要地平面作为回流路径,或者认为差分走线彼此为对方提供回流途径。造成这种误区的原因是被表面现象迷惑,或者对高速信号传输的机理认识还不够深入。从图1-8-15的接收端的结构可以看到,晶体管Q3,Q4的发射极电流是等值,反向的,他们在接地处的电流正好相互抵消(I1=0),因而差分电路对于类似地弹以及其它可能存在于电源和地平面上的噪音信号是不敏感的。地平面的部分回流抵消并不代表差分电路就不以参考平面作为信号返回路径,其实在信号回流分析上,差分走线和普通的单端走线的机理是一致的,即高频信号总是沿着电感最小的回路进行回流,最大的区别在于差分线除了有对地的耦合之外,还存在相互之间的耦合,哪一种耦合强,那一种就成为主要的回流通路。图1-8-16是单端信号和差分信号的地磁场分布示意图。

    浅谈PCB三种特殊走线技巧

    在pcb电路设计中,一般差分走线之间的耦合较小,往往只占10~20%的耦合度,更多的还是对地的耦合,所以差分走线的主要回流路径还是存在于地平面。当地平面发生不连续的时候,无参考平面的区域,差分走线之间的耦合才会提供主要的回流通路,见图1-8-17所示。尽管参考平面的不连续对差分走线的影响没有对普通的单端走线来的严重,但还是会降低差分信号的质量,增加EMI,要尽量避免。也有些设计人员认为,可以去掉差分走线下方的参考平面,以抑制差分传输中的部分共模信号,但从理论上看这种做法是不可取的,阻抗如何控制?不给共模信号提供地阻抗回路,势必会造成EMI辐射,这种做法弊大于利。

    浅谈PCB三种特殊走线技巧

    误区二:认为保持等间距比匹配线长更重要。在实际的pcb布线中,往往不能同时满足差分设计的要求。由于管脚分布,过孔,以及走线空间等因素存在,必须通过适当的绕线才能达到线长匹配的目的,但带来的结果必然是差分对的部分区域无法平行,这时候我们该如何取舍呢?在下结论之前我们先看看下面一个仿真结果。

    浅谈PCB三种特殊走线技巧

    从上面的仿真结果看来,方案1和方案2波形几乎是重合的,也就是说,间距不等造成的影响是微乎其微的,相比较而言,线长不匹配对时序的影响要大得多(方案3)。再从理论分析来看,间距不一致虽然会导致差分阻抗发生变化,但因为差分对之间的耦合本身就不显著,所以阻抗变化范围也是很小的,通常在10%以内,只相当于一个过孔造成的反射,这对信号传输不会造成明显的影响。而线长一旦不匹配,除了时序上会发生偏移,还给差分信号中引入了共模的成分,降低信号的质量,增加了EMI。

    可以这么说,pcb差分走线的设计中最重要的规则就是匹配线长,其它的规则都可以根据设计要求和实际应用进行灵活处理。

    误区三:认为差分走线一定要靠的很近。让差分走线靠近无非是为了增强他们的耦合,既可以提高对噪声的免疫力,还能充分利用磁场的相反极性来抵消对外界的电磁干扰。虽说这种做法在大多数情况下是非常有利的,但不是绝对的,如果能保证让它们得到充分的屏蔽,不受外界干扰,那么我们也就不需要再让通过彼此的强耦合达到抗干扰和抑制EMI的目的了。如何才能保证差分走线具有良好的隔离和屏蔽呢?增大与其它信号走线的间距是最基本的途径之一,电磁场能量是随着距离呈平方关系递减的,一般线间距超过4倍线宽时,它们之间的干扰就极其微弱了,基本可以忽略。此外,通过地平面的隔离也可以起到很好的屏蔽作用,这种结构在高频的(10G以上)IC封装pcb设计中经?;嵊貌捎?,被称为CPW结构,可以保证严格的差分阻抗控制(2Z0),如图1-8-19。

    浅谈PCB三种特殊走线技巧

    差分走线也可以走在不同的信号层中,但一般不建议这种走法,因为不同的层产生的诸如阻抗、过孔的差别会破坏差模传输的效果,引入共模噪声。此外,如果相邻两层耦合不够紧密的话,会降低差分走线抵抗噪声的能力,但如果能保持和周围走线适当的间距,串扰就不是个问题。在一般频率(GHz以下),EMI也不会是很严重的问题,实验表明,相距500Mils的差分走线,在3米之外的辐射能量衰减已经达到60dB,足以满足FCC的电磁辐射标准,所以设计者根本不用过分担心差分线耦合不够而造成电磁不兼容问题。

    3.蛇形线

    蛇形线是Layout中经常使用的一类走线方式。其主要目的就是为了调节延时,满足系统时序设计要求。设计者首先要有这样的认识:蛇形线会破坏信号质量,改变传输延时,布线时要尽量避免使用。但实际设计中,为了保证信号有足够的保持时间,或者减小同组信号之间的时间偏移,往往不得不故意进行绕线。

    浅谈PCB三种特殊走线技巧

    那么,蛇形线对信号传输有什么影响呢?走线时要注意些什么呢?其中最关键的两个参数就是平行耦合长度(Lp)和耦合距离(S),如图1-8-21所示。很明显,信号在蛇形走线上传输时,相互平行的线段之间会发生耦合,呈差模形式,S越小,Lp越大,则耦合程度也越大??赡芑岬贾麓溲邮奔跣?,以及由于串扰而大大降低信号的质量,其机理可以参考第三章对共模和差模串扰的分析。

    浅谈PCB三种特殊走线技巧

    下面是给Layout工程师处理蛇形线时的几点建议:

    1.尽量增加平行线段的距离(S),至少大于3H,H指信号走线到参考平面的距离。通俗的说就是绕大弯走线,只要S足够大,就几乎能完全避免相互的耦合效应。

    2.减小耦合长度Lp,当两倍的Lp延时接近或超过信号上升时间时,产生的串扰将达到饱和。

    3.带状线(Strip-Line)或者埋式微带线(EmbeddedMicro-strip)的蛇形线引起的信号传输延时小于微带走线(Micro-strip)。理论上,带状线不会因为差模串扰影响传输速率。

    4.高速以及对时序要求较为严格的信号线,尽量不要走蛇形线,尤其不能在小范围内蜿蜒走线。

    5.可以经常采用任意角度的蛇形走线,如图1-8-20中的C结构,能有效的减少相互间的耦合。

    6.高速pcb设计中,蛇形线没有所谓滤波或抗干扰的能力,只可能降低信号质量,所以只作时序匹配之用而无其它目的。

    7.有时可以考虑螺旋走线的方式进行绕线,仿真表明,其效果要优于正常的蛇形走线。

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    发表于 2018-11-06 15:16 ? 207次阅读
    国光电子2018年锂电池销量超2500万支

    动力飞扬为PCB厂商推出两款生产利器:PCB智慧...

    动力飞扬与崇达技术达成合作伙伴关系,成立包装线项目,历时两年打造了PCB智慧包装线。PCB智慧包装线...

    发表于 2018-11-06 14:50 ? 252次阅读
    动力飞扬为PCB厂商推出两款生产利器:PCB智慧...

    中美贸易战愈演愈烈,短期化解不易

    美系网通系统厂商预估2019年将为100G放量元年,在价格来到甜蜜点,品牌厂商从40G转换至100G...

    发表于 2018-11-06 14:42 ? 831次阅读
    中美贸易战愈演愈烈,短期化解不易

    快速了解SMT工艺流程。

    人工检测检查的着重项目:PCBA的版本是否为更改后的版本;客户是否要求元器件使用代用料或指定厂牌、牌...

    发表于 2018-11-06 10:36 ? 263次阅读
    快速了解SMT工艺流程。

    PCB领军企业2018前三季度营收总结

    被称之为“电子系统产品之母”的PCB,几乎所有的电子产品都离不开它。

    发表于 2018-11-06 10:03 ? 376次阅读
    PCB领军企业2018前三季度营收总结

    如何缓解PCB设计中开关电源的地弹

    电路接地在电路原理图中看起来很简单;但是,电路的实际性能是由其印制电路板(PCB)布局决定的。

    发表于 2018-11-05 15:38 ? 219次阅读
    如何缓解PCB设计中开关电源的地弹

    探讨工业机器人在PCB行业的应用

    PCB行业是技术密集型和资金密集型行业,但也依然是劳动密集型行业,大量的自动化设备是需要人工操作和流...

    发表于 2018-11-05 14:44 ? 205次阅读
    探讨工业机器人在PCB行业的应用

    PCB行业智能制造新图景 产业合作新模式

    2018年10月31日,首届“发展·融合 PCB行业设备厂商联盟会议”在捷讯中国成功举办。

    发表于 2018-11-05 14:42 ? 461次阅读
    PCB行业智能制造新图景 产业合作新模式

    浅析PCB碱性蚀刻常见的问题及解决办法

    按工艺要求进行检查及调整温度、喷淋压力、溶液比重、PH值和氯化铵的含量等工艺参数到工艺规定值。

    发表于 2018-11-05 14:24 ? 160次阅读
    浅析PCB碱性蚀刻常见的问题及解决办法

    珠海正在建设的15个PCB相关项目汇总

    珠海崇达电路技术有限公司电路板建设项目选址于珠海高栏港经济区,总占地面积400亩左右,项目投资25亿...

    发表于 2018-11-05 14:20 ? 845次阅读
    珠海正在建设的15个PCB相关项目汇总

    回流的基本概念,芯片互连引起的回流问题

    如图3.1所示, PCB板上每条导线和其回路构成一个电流环路,根据电磁辐射原理,当突变的电流流过电路...

    发表于 2018-11-05 10:51 ? 355次阅读
    回流的基本概念,芯片互连引起的回流问题

    深南电路位列全球第21_唯一中国内资企业

    根据招股书,在全球前三十大PCB厂商中,深南电路位列全球第21名,是前三十大厂商中唯一的中国内资企业...

    发表于 2018-11-04 10:13 ? 433次阅读
    深南电路位列全球第21_唯一中国内资企业

    崇达技术发布了2018年前3季度业绩报告

    公司此前募投的江门二期小批量项目已经完成95%以上的投资进度并处于产能爬坡阶段,后续将逐步投入江门二...

    发表于 2018-11-04 10:09 ? 529次阅读
    崇达技术发布了2018年前3季度业绩报告

    这才是PCB厂员工的真正待遇

    说起电路板厂,许多人的印象可能还停留在脏乱差、工资低、工作苦的阶段里,但近些年来,国内很多PCB厂进...

    发表于 2018-11-04 09:55 ? 609次阅读
    这才是PCB厂员工的真正待遇

    随着科技的不断进步 对内在的PCB线路板的质量控...

    随着科技的不断进步,人们生活水平的不断提高,智能手机技术、可穿戴电子技术的不断发展,智能化、轻薄化、...

    发表于 2018-11-03 11:45 ? 283次阅读
    随着科技的不断进步 对内在的PCB线路板的质量控...

    PCB是如何制造出来的四层印制板的制作工艺过程

    刷电路板的制作非常复杂, 这里以四层印制板为例感受PCB是如何制造出来的。

    发表于 2018-11-03 10:19 ? 283次阅读
    PCB是如何制造出来的四层印制板的制作工艺过程

    PCB行业寒冬即将来临

    电路板行业货款周期长向来是业者较为头痛的问题,要是再遇上逾期不付款的客户,情况更是糟糕,甚至有些企业...

    发表于 2018-11-03 10:13 ? 617次阅读
    PCB行业寒冬即将来临

    如何提升介质厚度匹准度来满足阻抗设计要求

    基于多层板介质层厚度对阻抗的影响,了解其均匀性分布及掌握其控制方法对阻抗产品阻抗控制至关重要。本文从...

    发表于 2018-11-03 10:13 ? 251次阅读
    如何提升介质厚度匹准度来满足阻抗设计要求

    PCB核心技术开发与产业化项目在重庆启动

    10月20日,“面向大数据通信的网络关键器材PCB核心技术开发及产业化”项目启动仪式在重庆德凯实业股...

    发表于 2018-11-03 10:10 ? 409次阅读
    PCB核心技术开发与产业化项目在重庆启动

    PCB产业这几年发展情况如何景气非常乐观

    TPCA Show开展,TPCA理事长暨嘉联益(6153)总经理吴永辉表示,受惠新兴应用崛起,对今年...

    发表于 2018-11-03 10:08 ? 424次阅读
    PCB产业这几年发展情况如何景气非常乐观

    PCB厂商是如何盈利的看竞国如何解决这个问题

    台湾PCB厂商竞国第3季起产能利用率明显提升,旗下泰国厂接单及出货量也同步成长,并取得欧系汽车电子厂...

    发表于 2018-11-03 10:01 ? 399次阅读
    PCB厂商是如何盈利的看竞国如何解决这个问题

    盘点PCB领头羊企业前三季度营收状况

    被称之为“电子系统产品之母”的PCB,几乎所有的电子产品都离不开它。

    发表于 2018-11-02 17:27 ? 1336次阅读
    盘点PCB领头羊企业前三季度营收状况

    大族激光提供高度智慧化的生产解决方案

    大族激光PCB事业部倾力参与此次盛会,展出的大台面激光直接成像系统LDI -E25L、UV激光切割成...

    发表于 2018-11-02 17:23 ? 688次阅读
    大族激光提供高度智慧化的生产解决方案
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