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        超實用的高頻PCB線路板設計 Q&A (二)

        在高速PCB線路板設計中,信號層的空白區域可以敷銅,而多個信號層的敷銅在接地和接電源上應如何分配? 

        一般在空白區域的敷銅絕大部分情況是接地。只是在高速信號線旁敷銅時要注意敷銅與信號線的距離,因為所敷的銅會降低一點走線的特性阻抗。也要注意不要影響到它層的特性阻抗,例如在dual strip line的結構時。 

        是否可以把電源平面上面的信號線使用微帶線模型計算特性阻抗?電源和地平面之間的信號是否可以使用帶狀線模型計算? 

        是的,在計算特性阻抗時電源平面跟地平面都必須視為參考平面。例如四層板: 頂層-電源層-地層-底層,這時頂層走線特性阻抗的模型是以電源平面為參考平面的微帶線模型。 

        在高密度印制板上通過軟件自動產生測試點一般情況下能滿足大批量生產的測試要求嗎? 

        一般軟件自動產生測試點是否滿足測試需求必須看對加測試點的規范是否符合測試機具的要求。另外,如果走線太密且加測試點的規范比較嚴,則有可能沒辦法自動對每段線都加上測試點,當然,需要手動補齊所要測試的地方。 

        添加測試點會不會影響高速信號的質量? 

        至于會不會影響信號質量就要看加測試點的方式和信號到底多快而定?;旧贤饧拥臏y試點(不用在線既有的穿孔(via or DIP pin)當測試點)可能加在在線或是從在線拉一小段線出來。前者相當于是加上一個很小的電容在在線,后者則是多了一段分支。這兩個情況都會對高速信號多多少少會有點影響,影響的程度就跟信號的頻率速度和信號緣變化率(edge rate)有關。影響大小可透過仿真得知。原則上測試點越小越好(當然還要滿足測試機具的要求)分支越短越好。 

        若干PCB組成系統,各板之間的地線應如何連接? 

        各個PCB板子相互連接之間的信號或電源在動作時,例如 A 板子有電源或信號送到B板子,一定會有等量的電流從地層流回到A板子 (此為Kirchoff current law)。這地層上的電流會找阻抗最小的地方流回去。所以,在各個不管是電源或信號相互連接的接口處,分配給地層的管腳數不能太少,以降低阻抗,這樣可以降低地層上的噪聲。另外,也可以分析整個電流環路,尤其是電流較大的部分,調整地層或地線的接法,來控制電流的走法(例如,在某處制造低阻抗,讓大部分的電流從這個地方走),降低對其它較敏感信號的影響。 

        能介紹一些國外關于高速 PCB 設計的技術書籍和數據嗎? 

        現在高速數字電路的應用有通信網路和計算器等相關領域。在通信網路方面,PCB 板的工作頻率已達 GHz 上下,疊層數就我所知有到 40 層之多。計算器相關應用也因為芯片的進步,無論是一般的 PC 或服務器(Server),板子上的最高工作頻率也已經達到 400MHz (如 Rambus) 以上。因應這高速高密度走線需求,盲埋孔(blind/buried vias)、mircrovias 及 build-up 制程工藝的需求也漸漸越來越多。 這些設計需求都有廠商可大量生產。

        兩個常被參考的特性阻抗公式: 

        微帶線(microstrip) Z={87/[sqrt(Er+1.41)]}ln[5.98H/(0.8W+T)] 其中,W 為線寬,T 為走線的銅皮厚度,H 為走線到參考平面的距離,Er 是 PCB 板材質的介電常數(dielectric constant)。此公式必須在0.1<(W/H)<2.0 及 1<(Er)<15 的情況才能應用。 

        帶狀線(stripline) Z=[60/sqrt(Er)]ln{4H/[0.67π(T+0.8W)]} 其中,H 為兩參考平面的距離,并且走線位于兩參考平面的中間。此公式必須在 W/H<0.35 及 T/H<0.25 的情況才能應用。 

        差分信號線中間可否加地線? 

        差分信號中間一般是不能加地線。因為差分信號的應用原理最重要的一點便是利用差分信號間相互耦合(coupling)所帶來的好處,如 flux cancellation,抗噪聲(noise immunity)能力等。若在中間加地線,便會破壞耦合效應。 

        剛柔板設計是否需要專用設計軟件與規范?國內何處可以承接該類電路板加工? 

        可以用一般設計PCB的軟件來設計柔性電路板(Flexible Printed Circuit)。一樣用 Gerber 格式給 FPC廠商生產。由于制造的工藝和一般PCB不同,各個廠商會依據他們的制造能力會對最小線寬、最小線距、最小孔徑(via)有其**。除此之外,可在柔性電路板的轉折處鋪些銅皮加以補強。至于生產的廠商可上網“FPC”當關鍵詞查詢應該可以找到。 

        適當選擇PCB與外殼接地的點的原則是什么? 

        選擇PCB與外殼接地點選擇的原則是利用 chassis ground 提供低阻抗的路徑給回流電流(returning current)及控制此回流電流的路徑。例如,通常在高頻器件或時鐘產生器附近可以借固定用的螺絲將 PCB的地層與 chassis ground 做連接,以盡量縮小整個電流回路面積,也就減少電磁輻射。

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