高速PCB設計指南之二
第二篇 PCB布局

在設計中，布局是一個重要的環節。布局結果的好壞將直接影響布線的效果，因此可以這樣認為，合理的布局是PCB設計成功的步。
布局的方式分兩種，一種是交互式布局，另一種是自動布局，一般是在自動布局的基礎上用交互式布局進行調整，在布局時還可根據走線的情況對門電路進行再分配，將兩個門電路進行交換，使其成為便于布線的佳布局。在布局完成后，還可對設計文件及有關信息進行返回標注于原理圖，使得PCB板中的有關信息與原理圖相一致，以便在今后的建檔、更改設計能同步起來, 同時對模擬的有關信息進行更新，使得能對電路的電氣性能及功能進行板級驗證。

--考慮整體美觀
一個產品的成功與否，一是要注重內在質量，二是兼顧整體的美觀，兩者都較才能認為該產品是成功的。
在一個PCB板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能頭重腳輕或一頭沉。

--布局的檢查印制板尺寸是否與加工圖紙尺寸相符？能否符合PCB制造工藝要求？有無定位標記？
元件在二維、三維空間上有無沖突？
元件布局是否疏密有序，排列整齊？是否全部布完？
需經常更換的元件能否方便的更換？插件板插入設備是否方便？
熱敏元件與發熱元件之間是否有適當的距離？
調整可調元件是否方便？
在需要散熱的地方，裝了散熱器沒有？空氣流是否通暢？
信號流程是否順暢且互連短？
插頭、插座等與機械設計是否矛盾？
線路的干擾問題是否有所考慮？

高速PCB設計指南之三
第三篇 高速PCB設計

（一）、電子系統設計所面臨的挑戰

　　隨著系統設計復雜性和集成度的大規模提高，電子系統設計師們正在從事100MHZ以上的電路設計，總線的工作頻率也已經達到或者超過50MHZ，有的甚至超過100MHZ。目前約50% 的設計的時鐘頻率超過50MHz，將近20% 的設計主頻超過120MHz。
　　當系統工作在50MHz時，將產生傳輸線效應和信號的完整性問題；而當系統時鐘達到120MHz時，除非使用高速電路設計知識，否則基于傳統方法設計的PCB將無法工作。因此，高速電路設計技術已經成為電子系統設計師采取的設計手段。只有通過使用高速電路設計師的設計技術，才能實現設計過程的可控性。


（二）、什么是高速電路

　　通常認為如果數字邏輯電路的頻率達到或者超過45MHZ~50MHZ，而且工作在這個頻率之上的電路已經占到了整個電子系統一定的份量（比如說１／３），就稱為高速電路。
　　實際上，信號邊沿的諧波頻率比信號本身的頻率高，是信號快速變化的上升沿與下降沿（或稱信號的跳變）引發了信號傳輸的非預期結果。因此，通常約定如果線傳播延時大于1/2數字信號驅動端的上升時間，則認為此類信號是高速信號并產生傳輸線效應。
信號的傳遞發生在信號狀態改變的瞬間，如上升或下降時間。信號從驅動端到接收端經過一段固定的時間，如果傳輸時間小于1/2的上升或下降時間，那么來自接收端的反射信號將在信號改變狀態之前到達驅動端。反之，反射信號將在信號改變狀態之后到達驅動端。如果反射信號很強，疊加的波形就有可能會改變邏輯狀態。
（三）、高速信號的確定

　　上面我們定義了傳輸線效應發生的前提條件，但是如何得知線延時是否大于1/2驅動端的信號上升時間？一般地，信號上升時間的典型值可通過器件手冊給出，而信號的傳播時間在PCB設計中由實際布線長度決定。下圖為信號上升時間和允許的布線長度(延時)的對應關系。　
PCB 板上每單位英寸的延時為 0.167ns.。但是，如果過孔多，器件管腳多，網線上設置的約束多，延時將增大。通常高速邏輯器件的信號上升時間大約為0.2ns。如果板上有GaAs芯片，則大布線長度為7.62mm。
設Tr為信號上升時間， Tpd 為信號線傳播延時。如果Tr≥4Tpd，信號落在安全區域。如果2Tpd≥Tr≥4Tpd，信號落在不確定區域。如果Tr≤2Tpd，信號落在問題區域。對于落在不確定區域及問題區域的信號，應該使用高速布線方法。

（四）、什么是傳輸線

PCB板上的走線可等效為下圖所示的串聯和并聯的電容、電阻和電感結構。串聯電阻的典型值0.25-0.55 ohms/foot，因為絕緣層的緣故，并聯電阻阻值通常很高。將寄生電阻、電容和電感加到實際的PCB連線中之后，連線上的終阻抗稱為特征阻抗Zo。線徑越寬，距電源/地越近，或隔離層的介電常數越高，特征阻抗就越小。如果傳輸線和接收端的阻抗不匹配，那么輸出的電流信號和信號終的穩定狀態將不同，這就引起信號在接收端產生反射，這個反射信號將傳回信號發射端并再次反射回來。隨著能量的減弱反射信號的幅度將減小，直到信號的電壓和電流達到穩定。這種效應被稱為振蕩，信號的振蕩在信號的上升沿和下降沿經常可以看到。



（五）、傳輸線效應

基于上述定義的傳輸線模型，歸納起來，傳輸線會對整個電路設計帶來以下效應。
· 反射信號Reflected signals
· 延時和時序錯誤Delay & Timing errors
· 多次跨越邏輯電平門限錯誤False Switching
· 過沖與下沖Overshoot/Undershoot
· 串擾Induced Noise (or crosstalk)
· 電磁輻射EMI radiation

5.1 反射信號
　　如果一根走線沒有被正確終結(終端匹配)，那么來自于驅動端的信號脈沖在接收端被反射，從而引發不預期效應，使信號輪廓失真。當失真變形非常顯著時可導致多種錯誤，引起設計失敗。同時，失真變形的信號對噪聲的敏感性增加了，也會引起設計失敗。如果上述情況沒有被足夠考慮，EMI將顯著增加，這就不單單影響自身設計結果，還會造成整個系統的失敗。
反射信號產生的主要原因：過長的走線；未被匹配終結的傳輸線，過量電容或電感以及阻抗失配。


5.2 延時和時序錯誤
　　信號延時和時序錯誤表現為：信號在邏輯電平的高與低門限之間變化時保持一段時間信號不跳變。過多的信號延時可能導致時序錯誤和器件功能的混亂。
　　通常在有多個接收端時會出現問題。電路設計師確定壞情況下的時間延時以確保設計的正確性。信號延時產生的原因：驅動過載，走線過長。

5.3 多次跨越邏輯電平門限錯誤
信號在跳變的過程中可能多次跨越邏輯電平門限從而導致這一類型的錯誤。多次跨越邏輯電平門限錯誤是信號振蕩的一種特殊的形式，即信號的振蕩發生在邏輯電平門限附近，多次跨越邏輯電平門限會導致邏輯功能紊亂。反射信號產生的原因：過長的走線，未被終結的傳輸線，過量電容或電感以及阻抗失配。

5.4 過沖與下沖
過沖與下沖來源于走線過長或者信號變化太快兩方面的原因。雖然大多數元件接收端有輸入保護二極管保護，但有時這些過沖電平會遠遠超過元件電源電壓范圍，損壞元器件。

5.5 串擾
　　串擾表現為在一根信號線上有信號通過時，在PCB板上與之相鄰的信號線上就會感應出相關的信號，我們稱之為串擾。
　　信號線距離地線越近，線間距越大，產生的串擾信號越小。異步信號和時鐘信號更容易產生串擾。因此解串擾的方法是移開發生串擾的信號或屏蔽被嚴重干擾的信號。
5.6 電磁輻射
EMI(Electro-Magnetic Interference)即電磁干擾，產生的問題包含過量的電磁輻射及對電磁輻射的敏感性兩方面。EMI表現為當數字系統加電運行時，會對周圍環境輻射電磁波，從而干擾周圍環境中電子設備的正常工作。它產生的主要原因是電路工作頻率太高以及布局布線不合理。目前已有進行 EMI仿真的軟件工具，但EMI仿真器都很昂貴，仿真參數和邊界條件設置又很困難，這將直接影響仿真結果的準確性和實用性。通常的做法是將控制EMI的各項設計規則應用在設計的每一環節，實現在設計各環節上的規則驅動和控制。


（六）、避免傳輸線效應的方法
針對上述傳輸線問題所引入的影響，我們從以下幾方面談談控制這些影響的方法。

6.1 嚴格控制關鍵網線的走線長度
　　如果設計中有高速跳變的邊沿，就考慮到在PCB板上存在傳輸線效應的問題。現在普遍使用的很高時鐘頻率的快速集成電路芯片更是存在這樣的問題。解決這個問題有一些基本原則：如果采用CMOS或TTL電路進行設計，工作頻率小于10MHz，布線長度應不大于7英寸。工作頻率在50MHz布線長度應不大于1.5英寸。如果工作頻率達到或超過75MHz布線長度應在1英寸。對于GaAs芯片大的布線長度應為0.3英寸。如果超過這個標準，就存在傳輸線的問題。

6.2 合理規劃走線的拓撲結構
　　解決傳輸線效應的另一個方法是選擇正確的布線路徑和終端拓撲結構。走線的拓撲結構是指一根網線的布線順序及布線結構。當使用高速邏輯器件時，除非走線分支長度保持很短，否則邊沿快速變化的信號將被信號主干走線上的分支走線所扭曲。通常情形下，PCB走線采用兩種基本拓撲結構，即菊花鏈(Daisy Chain)布線和星形(Star)分布。
　　對于菊花鏈布線，布線從驅動端開始，依次到達各接收端。如果使用串聯電阻來改變信號特性，串聯電阻的位置應該緊靠驅動端。在控制走線的高次諧波干擾方面，菊花鏈走線效果好。但這種走線方式布通率低，不容易布通。實際設計中，我們是使菊花鏈布線中分支長度盡可能短，安全的長度值應該是：Stub Delay <= Trt *0.1.
　　例如，高速TTL電路中的分支端長度應小于1.5英寸。這種拓撲結構占用的布線空間較小并可用單一電阻匹配終結。但是這種走線結構使得在不同的信號接收端信號的接收是不同步的。
　　星形拓撲結構可以有效的避免時鐘信號的不同步問題，但在密度很高的PCB板上手工完成布線十分困難。采用自動布線器是完成星型布線的好的方法。每條分支上都需要終端電阻。終端電阻的阻值應和連線的特征阻抗相匹配。這可通過手工計算，也可通過CAD工具計算出特征阻抗值和終端匹配電阻值。　

　　在上面的兩個例子中使用了簡單的終端電阻，實際中可選擇使用更復雜的匹配終端。種選擇是RC匹配終端。RC匹配終端可以減少功率消耗，但只能使用于信號工作比較穩定的情況。這種方式適合于對時鐘線信號進行匹配處理。其缺點是RC匹配終端中的電容可能影響信號的形狀和傳播速度。
　　串聯電阻匹配終端不會產生額外的功率消耗，但會減慢信號的傳輸。這種方式用于時間延遲影響不大的總線驅動電路。　　串聯電阻匹配終端的優勢還在于可以減少板上器件的使用數量和連線密度。
　　后一種方式為分離匹配終端，這種方式匹配元件需要放置在接收端附近。其優點是不會拉低信號，并且可以很好的避免噪聲。典型的用于TTL輸入信號(ACT,HCT, FAST)。
　　此外，對于終端匹配電阻的封裝型式和安裝型式也考慮。通常SMD表面貼裝電阻比通孔元件具有較低的電感，所以SMD封裝元件成為。如果選擇普通直插電阻也有兩種安裝方式可選：垂直方式和水平方式。
　　垂直安裝方式中電阻的一條安裝管腳很短，可以減少電阻和電路板間的熱阻，使電阻的熱量更加容易散發到空氣中。但較長的垂直安裝會增加電阻的電感。水平安裝方式因安裝較低有更低的電感。但過熱的電阻會出現漂移，在壞的情況下電阻成為開路，造成PCB走線終結匹配失效，成為潛在的失敗因素。

6.3 抑止電磁干擾的方法
　　很好地解決信號完整性問題將改善PCB板的電磁兼容性(EMC)。其中非常重要的是PCB板有很好的接地。對復雜的設計采用一個信號層配一個地線層是十分有效的方法。此外，使電路板的外層信號的密度小也是減少電磁輻射的好方法，這種方法可采用"表面積層"技術"Build-up"設計制做PCB來實現。表面積層通過在普通工藝 PCB 上增加薄絕緣層和用于貫穿這些層的微孔的組合來實現，電阻和電容可埋在表層下，單位面積上的走線密度會增加近一倍，因而可降低 PCB的體積。PCB面積的縮小對走線的拓撲結構有的影響，這意味著縮小的電流回路，縮小的分支走線長度，而電磁輻射近似正比于電流回路的面積；同時小體積特征意味著高密度引腳封裝器件可以被使用，這又使得連線長度下降，從而電流回路減小，提高電磁兼容特性。

6.4 其它可采用技術
　　為減小集成電路芯片電源上的電壓瞬時過沖，應該為集成電路芯片添加去耦電容。這可以有效去除電源上的毛刺的影響并減少在印制板上的電源環路的輻射。
　　當去耦電容直接連接在集成電路的電源管腿上而不是連接在電源層上時，其平滑毛刺的效果好。這就是為什么有一些器件插座上帶有去耦電容，而有的器件要求去耦電容距器件的距離要足夠的小。
　　任何高速和高功耗的器件應盡量放置在一起以減少電源電壓瞬時過沖。
　　如果沒有電源層，那么長的電源連線會在信號和回路間形成環路，成為輻射源和易感應電路。
　　走線構成一個不穿過同一網線或其它走線的環路的情況稱為開環。如果環路穿過同一網線其它走線則構成閉環。兩種情況都會形成天線效應(線天線和環形天線)。天線對外產生EMI輻射，同時自身也是敏感電路。閉環是一個考慮的問題，因為它產生的輻射與閉環面積近似成正比。

結束語
　　　　高速電路設計是一個非常復雜的設計過程。本文所闡述的方法就是針對解決這些高速電路設計問題的。此外，在進行高速電路設計時有多個因素需要加以考慮，這些因素有時互相對立。如高速器件布局時位置靠近，雖可以減少延時，但可能產生串擾和顯著的熱效應。因此在設計中，需權衡各因素，做出全面的折衷考慮；既滿足設計要求，又降低設計復雜度。高速PCB設計手段的采用構成了設計過程的可控性，只有可控的，才是可靠的，也才能是成功的！

PCB電路板沉金與鍍金工藝的區別？
鍍金，一般指的是“電鍍金”、“電鍍鎳金”、“電解金”等，有軟金和硬金的區分（一般硬金是用于金手指的），原理是將鎳和金（俗稱金鹽）溶化于化學藥水中，將線路板浸在電鍍缸內并接通電流而在電路板的銅箔面上生成鎳金鍍層，電鎳金因鍍層硬度高，耐磨損，不易氧化的優點在電子產品中得到廣泛的應用。

沉金是通過化學氧化還原反應的方法生成一層鍍層，一般厚度較厚，是化學鎳金金層沉積方法的一種，可以達到較厚的金層。
沉金與鍍金的區別：

1、沉金與鍍金所形成的晶體結構不一樣，沉金對于金的厚度比鍍金要厚很多，沉金會呈金黃色，較鍍金來說更黃（這是區分鍍金和沉金的方法之一）。

2、沉金比鍍金更容易焊接，不會造成焊接不良。

3、沉金板的焊盤上只有鎳金，信號的趨膚效應是在銅層上傳輸，不會對信號產生影響。

4、沉金比鍍金的晶體結構更致密，不易產生氧化。

5、鍍金容易使金線短路。而沉金板的焊盤上只有鎳金，因此不會產生金線短路。

6、沉金板的焊盤上只有鎳金，因此導線電阻和銅層的結合更加牢固。

7、沉金板的平整性與使用壽命較鍍金板要好。

陶瓷PCB電路板有什么優勢呢？
1.為什么要選擇陶瓷電路板？
陶瓷基板，由于散熱性能、載流能力、絕緣性、熱膨脹系數等，都要大大優于普通的玻璃纖維PCB板材，從而被廣泛應用于大功率電力電子模塊、航空航天、電子等產品上。
普通PCB通常是由銅箔和基板粘合而成，而基板材質大多數為玻璃纖維（FR-4），酚醛樹脂（FR-3）等材質，粘合劑通常是酚醛、環氧等。在PCB加工過程中由于熱應力、化學因素、生產工藝不當等原因，或者是在設計過程中由于兩面鋪銅不對稱，很容易導致PCB板發生不同程度的翹曲。

與普通的PCB使用粘合劑把銅箔和基板粘合在一起的，陶瓷PCB是在高溫環境下，通過鍵合的方式把銅箔和陶瓷基片拼合在一起的，結合力強，銅箔不會脫落，可靠性高，在溫度高、濕度大的環境下性能穩定。

2.陶瓷基板的材質有哪些？

氮化鋁（AlN）

氮化鋁陶瓷是以氮化鋁粉體為主晶相的陶瓷。相比于氧化鋁陶瓷基板，絕緣電阻、絕緣耐壓更高，介電常數更低。其熱導率是Al2O3的7~10倍，熱膨脹系數（CTE）與硅片近似匹配，這對于大功率半導體芯片至關重要。在生產工藝上，AlN熱導率受到殘留氧雜質含量的影響很大，降低含氧量，可明顯提高熱導率。目前工藝生產水平的熱導率達到170W/(m·K)以上已不成問題。

氧化鋁（Al2O3）

氧化鋁是陶瓷基板中常用的基板材料，因為在機械、熱、電性能上相對于大多數其他氧化物陶瓷，強度及化學穩定性高，且原料來源豐富，適用于各種各樣的技術制造以及不同的形狀。按含氧化鋁(Al2O3)的百分數不同可分為：75瓷、96瓷、99.5瓷。氧化鋁含有量不同，其電學性質幾乎不受影響，但是其機械性能及熱導率變化很大。純度低的基板中玻璃相較多，表面粗糙度大。純度越高的基板，越光潔、致密、介質損耗越低，但是價格也越高。

氧化鈹（BeO）

具有比金屬鋁還高的熱導率，應用于需要高熱導的場合，溫度超過300℃后迅速降低，但是由于其毒性限制了自身的發展。

綜合以上原因，可以知道，氧化鋁陶瓷由于比較的綜合性能，在微電子、功率電子、混合微電子、功率模塊等領域還是處于主導地位的。

對比了市面上相同尺寸（100mm×100mm×1mm）、不同材料的陶瓷基板價格：96%氧化鋁9.5元，99%氧化鋁18元，氮化鋁150元，氧化鈹650元，可以看出來不同的基板價格差距也比較大。


3.陶瓷PCB的優勢與劣勢？

優點：
載流量大，100A電流連續通過1mm0.3mm厚銅體，溫升約17℃；100A電流連續通過2mm0.3mm厚銅體，溫升僅5℃左右；

更好的散熱性能，低熱膨脹系數，形狀穩定，不易變形翹曲。

絕緣性好，耐壓高，保障人身安全和設備。

結合力強，采用鍵合技術，銅箔不會脫落。

可靠性高，在溫度高、濕度大的環境下性能穩定

缺點：
易碎，這是主要的一個缺點，這也就導致只能制作小面積的電路板。

價格貴， 電子產品的要求規則越來越多，陶瓷電路板還是用在一些比較的產品上面，低端的產品根本不會使用到。

深圳市賽孚電路科技有限公司成立于2011年，公司由多名電路板行業的級人士創建，是國內的PCB/FPC快件服務商之一。公司成立以來，一直專注樣品，中小批量領域。快速的交付以及過硬的產品品質贏得了國內外客戶的信任。公司是廣東電路板行業協會會員企業，是深圳高新技術認證企業。擁有完善的質量管理體系，先后通過了ISO9001、ISO14000、TS16949、UL、RoHS認證。公司目前擁有員工300余人，廠房面積9000平米，月出貨品種6000種以上，年生產能力為150000平方米。為了滿足客戶多樣化需求，2017年公司成立了PCBA事業部，自有SMT生產線，為客戶提供PCB+SMT一站式服務。 公司一直致力于“打造中國的PCB制造企業”。注重人才培養，倡導全員“自我經營”理念，擁有一支朝氣蓬勃、敬業、經驗豐富的技術、生產及管理隊伍；專注于PCB的工藝技術的研究與開發，努力提升公司在PCB領域內的技術水平和制造能力.

? ? ? 公司產品廣泛應用于通信、工業控制、計算機應用、航空航天、、醫療、測試儀器、電源等各個領域。我們的產品包括：高多層PCB、HDI PCB、PCB高頻板、軟硬結合板、FPC等特種高難度電路板，專注于多品種，中小批量領域。我們的客戶分布全球各地，目前外銷訂單占比70%以上。

賽孚電路秉承“以人為本，客戶至上”的企業經營理念，“以質量為根，服務為本 ” 的企業服務宗旨，堅持持之以恒的精神，全員參與質量改進，不斷吸納國際新技術，完善產品品質，積極吸引和培養管理及技術人才，以確保向客戶提供更好的服務，為客戶創造更多價值，與客戶共同成長。

超實用的高頻PCB電路設計70問答之一
1、如何選擇PCB 板材？

選擇PCB板材在滿足設計需求和可量產性及成本中間取得平衡點。設計需求包含電氣和機構這兩部分。通常在設計非常高速的 PCB 板子(大于 GHz 的頻率)時這材質問題會比較重要。例如，現在常用的 FR-4 材質，在幾個GHz 的頻率時的介質損耗(dielectric loss)會對信號衰減有很大的影響，可能就不合用。就電氣而言，要注意介電常數(dielectric constant)和介質損在所設計的頻率是否合用。



2、如何避免高頻干擾？

避免高頻干擾的基本思路是盡量降低高頻信號電磁場的干擾，也就是所謂的串擾(Crosstalk)。可用拉大高速信號和模擬信號之間的距離，或加 ground guard/shunt traces 在模擬信號旁邊。還要注意數字地對模擬地的噪聲干擾。



3、在高速設計中，如何解決信號的完整性問題？

信號完整性基本上是阻抗匹配的問題。而影響阻抗匹配的因素有信號源的架構和輸出阻抗(output impedance)，走線的特性阻抗，負載端的特性，走線的拓樸(topology)架構等。解決的方式是靠端接(termination)與調整走線的拓樸。



4、差分布線方式是如何實現的？

差分對的布線有兩點要注意，一是兩條線的長度要盡量一樣長，另一是兩線的間距(此間距由差分阻抗決定)要一直保持不變，也就是要保持平行。平行的方式有兩種，一為兩條線走在同一走線層(side-by-side)，一為兩條線走在上下相鄰兩層(over-under)。一般以前者 side-by-side(并排, 并肩) 實現的方式較多。



5、對于只有一個輸出端的時鐘信號線，如何實現差分布線？

要用差分布線一定是信號源和接收端也都是差分信號才有意義。所以對只有一個輸出端的時鐘信號是無法使用差分布線的。



6、接收端差分線對之間可否加一匹配電阻？

接收端差分線對間的匹配電阻通常會加, 其值應等于差分阻抗的值。這樣信號質量會好些。



7、為何差分對的布線要靠近且平行？

對差分對的布線方式應該要適當的靠近且平行。所謂適當的靠近是因為這間距會影響到差分阻抗(differential impedance)的值, 此值是設計差分對的重要參數。需要平行也是因為要保持差分阻抗的一致性。若兩線忽遠忽近, 差分阻抗就會不一致, 就會影響信號完整性(signal integrity)及時間延遲(timing delay)。



8、如何處理實際布線中的一些理論沖突的問題

基本上, 將模/數地分割隔離是對的。 要注意的是信號走線盡量不要跨過有分割的地方(moat), 還有不要讓電源和信號的回流電流路徑(returning current path)變太大。



晶振是模擬的正反饋振蕩電路, 要有穩定的振蕩信號, 滿足loop gain 與 phase 的規范, 而這模擬信號的振蕩規范很容易受到干擾, 即使加 ground guard traces 可能也無法完全隔離干擾。而且離的太遠,地平面上的噪聲也會影響正反饋振蕩電路。 所以, 一定要將晶振和芯片的距離進可能靠近。



確實高速布線與 EMI 的要求有很多沖突。但基本原則是因 EMI 所加的電阻電容或 ferrite bead, 不能造成信號的一些電氣特性不符合規范。 所以, 好先用安排走線和 PCB 迭層的技巧來解決或減少 EMI的問題, 如高速信號走內層。后才用電阻電容或 ferrite bead 的方式, 以降低對信號的傷害。



9、如何解決高速信號的手工布線和自動布線之間的矛盾？

現在較強的布線軟件的自動布線器大部分都有設定約束條件來控制繞線方式及過孔數目。各家 EDA公司的繞線引擎能力和約束條件的設定項目有時相差甚遠。 例如, 是否有足夠的約束條件控制蛇行線(serpentine)蜿蜒的方式, 能否控制差分對的走線間距等。 這會影響到自動布線出來的走線方式是否能符合設計者的想法。 另外, 手動調整布線的難易也與繞線引擎的能力有的關系。 例如, 走線的推擠能力,過孔的推擠能力, 甚至走線對敷銅的推擠能力等等。 所以, 選擇一個繞線引擎能力強的布線器, 才是解決之道。



10、關于 test coupon。

test coupon 是用來以 TDR (Time Domain Reflectometer) 測量所生產的 PCB 板的特性阻抗是否滿足設計需求。 一般要控制的阻抗有單根線和差分對兩種情況。 所以， test coupon 上的走線線寬和線距(有差分對時)要與所要控制的線一樣。 重要的是測量時接地點的位置。 為了減少接地引線(ground lead)的電感值， TDR 探棒(probe)接地的地方通常非常接近量信號的地方(probe tip)， 所以， test coupon 上量測信號的點跟接地點的距離和方式要符合所用的探棒。



11、在高速 PCB 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。

12、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。



13、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。



14、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。基本上外加的測試點(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。



15、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。



16、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。



17、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。此公式在 W/H<0.35 及 T/H<0.25 的情況才能應用。



18、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。



19、剛柔板設計是否需要設計軟件與規范？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小線寬、小線距、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。



20、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。