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PCB设计技巧问与答(免费)-综合文档
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2021-05-25
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PCB设计技巧问与答 PCB设计技巧问与答 Q: 请问就你个人观点而言:针对模拟电路(微波、高频、低频)、数字电路(微波、高频 、低频)、模拟和数字混合电路(微波、高频、低频),目前PCB设计哪一种EDA工具有 较好的性能价格比(含仿真)?可否分别说明。 A: 限于本人应用的了解,无法深入地比较EDA工具的性能价格比,选择软件要按照所应用范 畴来讲,我主张的原则是够用就好。 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。 Q: 当一个系统中既存在有RF小信号,又有高速时钟信号时,通常我们采用数/模分开布局, 通过物理隔离、滤波等方式减少电磁干扰,但是这样对
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PCB 设计技巧问与答
Q: 请问就你个人观点而言:针对模拟电路(微波、高频、低频)、数字电路(微波、高频、
低频)、模拟和数字混合电路(微波、高频、低频),目前 PCB 设计哪一种 EDA 工具有
较好的性能价格比(含仿真)?可否分别说明。
A: 限于本人应用的了解,无法深入地比较 EDA 工具的性能价格比,选择软件要按照所应
用范畴来讲,我主张的原则是够用就好。
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。
Q: 当一个系统中既存在有 RF 小信号,又有高速时钟信号时,通常我们采用数/模分开布局,
通过物理隔离、滤波等方式减少电磁干扰,但是这样对于小型化、高集成以及减小结构加
工成本来说当然不利,而且效果仍然不一定满意,因为不管是数字接地还是模拟接地点,
最后都会接到机壳地上去,从而使得干扰通过接地耦合到前端,这是我们非常头痛的问题
想请教专家这方面的措施。
A: 既有 RF 小信号,又有高速时钟信号的情况较为复杂,干扰的原因需要做仔细的分析,
并相应的尝试用不同的方法来解决。要按照具体的应用来看,可以尝试一下以下的方法。
0:存在 RF 小信号,高速时钟信号时,首先是要将电源的供应分开,不宜采用开关电源,
可以选用线性电源。
1:选择 RF 小信号,高速时钟信号其中的一种信号,连接采用屏蔽电缆的方式,应该可以。
2:将数字的接地点与电源的地相连(要求电源的隔离度较好),模拟接地点接到机壳地上。
3:尝试采用滤波的方式去除干扰。
Q: 线路板设计如果考虑 EMC,必定提高不少成本。请问如何尽可能的答道 EMC 要求,又
不致带太大的成本压力?谢谢。
A: 在实际应用中仅仅依靠印制板设计是无法从根本上解决问题的,但是我们可以通过印制
板来改善它:
合理的器件布局,主要是感性的器件的放置,尽可能的短的布线连接,同时合理的接地
分配,在可能的情况下将板上所有器件的 Chassis ground 用专门的一层连接在一起,设
计专门的并与设备的外壳紧密相连的结合点。在选择器件时,应就低不就高,用慢不用快
的原则。
Q: 我希望 PCB 方面:
1.做 PCB 的自动布线。
2.(1)+热分析
3.(1)+时序分析
4.(1)+阻抗分析
5.(1)+(2)+(3)
6.(1)+(3)+(4)
7.(1)+(2)+(3)+(4)
我应当如何选择,才能得到最好的性价比。我希望 PLD 方面: VHDL 编程--》仿真--》
综合--》下载等步骤,我是分别用独立的工具好?还是用 PLD 芯片厂家提供的集成环境好?
A: 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
1
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。
Q: pcb 设计中需要注意哪些问题?
A: PCB 设计时所要注意的问题随着应用产品的不同而不同。就象数字电路与仿真电路要注
意的地方不尽相同那样。以下仅概略的几个要注意的原则。
1、PCB 层叠的决定;包括电源层、地层、走线层的安排,各走线层的走线方向等。这些
都会影响信号品质,甚至电磁辐射问题。
2、电源和地相关的走线与过孔(via)要尽量宽,尽量大。
3、不同特性电路的区域配置。良好的区域配置对走线的难易,甚至信号质量都有相当大
的关系。
4、要配合生产工厂的制造工艺来设定 DRC (Design Rule Check)及与测试相关的设计
(如测试点)。
其它与电气相关所要注意的问题就与电路特性有绝对的关系,例如,即便都是数字电路,
是否注意走线的特性阻抗就要视该电路的速度与走线长短而定。
Q: 在高速 PCB 设计时我们使用的软件都只不过是对设置好的 EMC、EMI 规则进行检查,
而 设 计 者 应 该从 那些 方面 去考 虑 EMC 、 EMI 的 规 则 呢 怎样 设置 规则 呢我 使用 的是
CADENCE 公司的软件。
A: 一般 EMI/EMC 设计时需要同时考虑辐射(radiated)与传导(conducted)两个方面. 前
者归属于频率较高的部分(>30MHz)后者则是较低频的部分(<30MHz). 所以不能只注意
高频而忽略低频的部分.
一个好的 EMI/EMC 设计必须一开始布局时就要考虑到器件的位置, PCB 迭层的安排, 重
要联机的走法, 器件的选择等, 如果这些没有事前有较佳的安排, 事后解决则会事倍功半, 增
加成本. 例如时钟产生器的位置尽量不要靠近对外的连接器, 高速信号尽量走内层并注意特
性阻抗匹配与参考层的连续以减少反射, 器件所推的信号之斜率(slew rate)尽量小以减低
高频成分, 选择去耦合(decoupling/bypass)电容时注意其频率响应是否符合需求以降低
电源层噪声. 另外, 注意高频信号电流之回流路径使其回路面积尽量小 (也就是回路阻抗
loop impedance 尽量小)以减少辐射. 还可以用分割地层的方式以控制高频噪声的范围.
最后, 适当的选择 PCB 与外壳的接地点(chassis ground)。
Q: 线路板设计如果考虑 EMC,必定提高不少成本。请问如何尽可能的答道 EMC 要求,又
不致带太大的成本压力?谢谢。
A: PCB 板上会因 EMC 而增加的成本通常是因增加地层数目以增强屏蔽效应及增加了
ferrite bead、choke 等抑制高频谐波器件的缘故。除此之外,通常还是需搭配其它机构
上的屏蔽结构才能使整个系统通过 EMC 的要求。以下仅就 PCB 板的设计技巧提供几个降
低电路产生的电磁辐射效应。
1、尽可能选用信号斜率(slew rate)较慢的器件,以降低信号所产生的高频成分。
2、注意高频器件摆放的位置,不要太靠近对外的连接器。
3、注意高速信号的阻抗匹配,走线层及其回流电流路径(return current path), 以减少
高频的反射与辐射。
4、在各器件的电源管脚放置足够与适当的去耦合电容以缓和电源层和地层上的噪声。特
别注意电容的频率响应与温度的特性是否符合设计所需。
5、对外的连接器附近的地可与地层做适当分割,并将连接器的地就近接到 chassis
ground。
6 、 可适 当 运用 ground guard/shunt traces 在 一 些特 别 高速 的信号 旁。 但要 注 意
2
guard/shunt traces 对走线特性阻抗的影响。
7、电源层比地层内缩 20H,H 为电源层与地层之间的距离。
Q: 在高速 PCB 设计时为了防止反射就要考虑阻抗匹配,但由于 PCB 的加工工艺限制了阻
抗的连续性而仿真又仿不到,在原理图的设计时怎样来考虑这个问题?另外关于 IBIS 模型,
不知在那里能提供比较准确的 IBIS 模型库。我们从网上下载的库大多数都不太准确,很影
响仿真的参考性。
A: 在设计高速 PCB 电路时,阻抗匹配是设计的要素之一。而阻抗值跟走线方式有绝对的
关系, 例如是走在表面层(microstrip)或内层(stripline/double stripline),与参考层(电
源层或地层)的距离,走线宽度,PCB 材质等均会影响走线的特性阻抗值。也就是说要在
布线后才能确定阻抗值。一般仿真软件会因线路模型或所使用的数学算法的限制而无法考
虑到一些阻抗不连续的布线情况,这时候在原理图上只能预留一些 terminators(端接),
如串联电阻等,来缓和走线阻抗不连续的效应。真正根本解决问题的方法还是布线时尽量
注意避免阻抗不连续的发生。
IBIS 模型的准确性直接影响到仿真的结果。基本上 IBIS 可看成是实际芯片 I/O bu=er
等效电路的电气特性资料,一般可由 SPICE 模型转换而得 (亦可采用测量, 但限制较多),
而 SPICE 的资料与芯片制造有绝对的关系,所以同样一个器件不同芯片厂商提供,其
SPICE 的资料是不同的,进而转换后的 IBIS 模型内之资料也会随之而异。也就是说,如果
用了 A 厂商的器件,只有他们有能力提供他们器件准确模型资料,因为没有其它人会比他
们更清楚他们的器件是由何种工艺做出来的。如果厂商所提供的 IBIS 不准确, 只能不断
要求该厂商改进才是根本解决之道。
Q: 通常 Protel 比较流行,市面上的书也多。请介绍一下 Protel,PowerPCB,orCAD 等软
件的优劣和适用场合。谢谢。
A: 我没有太多使用这些软件的经验, 以下仅提供几个比较的方向:
1、使用者的接口是否容易操作;
2、推挤线的能力(此项关系到绕线引擎的强弱);
3、铺铜箔编辑铜箔的难易;
4、走线规则设定是否符合设计要求;
5、机构图接口的种类;
6、零件库的创建、管理、调用等是否容易;
7、检验设计错误的能力是否完善;
Q: 这次想请教关于仿真的问题。关于 RF 电路的 PCB 仿真,特别是涉及到 EMC 方面的仿
真,我们正在寻求合适的工具。目前在用的 Agilent 的 ADS 工具不少人觉得技术支持不够。
A: 提供两个厂商给你参考:
1、APSim (www.apsimtech.com)
2、Ansoft (www.ansoft.com)
Q: 当一块 PCB 板中有多个数/模功能块时,常规做法是要将数/模地分开,并分别在一点相
连。这样,一块 PCB 板上的地将被分割成多块,而且如何相互连接也大成问题。但有人采
用另外一种办法,即在确保数/模分开布局,且数/模信号走线相互不交叉的情况下,整个
PCB 板地不做分割,数/模地都连到这个地平面上,这样做有何道理,请专家指教。
A: 将数/模地分开的原因是因为数字电路在高低电位切换时会在电源和地产生噪声,噪声
的大小跟信号的速度及电流大小有关。如果地平面上不分割且由数字区域电路所产生的噪
声较大而模拟区域的电路又非常接近,则即使数模信号不交叉, 模拟的信号依然会被地噪
声干扰。也就是说数模地不分割的方式只能在模拟电路区域距产生大噪声的数字电路区域
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