如果阻抗变化只发生一次,例如线宽从8mil变到6mil后,一直保持6mil宽度这种情况,要达到突变处信号反射噪声不超过电压摆幅的5%这一噪声预算要求,阻抗变化必须小于10%。这有时很难做到,以 FR4板材上微带线的情况为例,我们计算一下。如果线宽8mil,线条和参考平面之间的厚度为4mil,特性阻抗为46.5欧姆。线宽变化到6mil后特性阻抗变成54.2欧姆,阻抗变化率达到了20%。反射信号的幅度必然超标。至于对信号造成多大影响,还和信号上升时间和驱动端到反射点处信号的时延有关。但至少这是一个潜在的问题点。幸运的是这时可以通过阻抗匹配端接解决问题。如果阻抗变化发生两次,例如线宽从8mil变到6mil后,拉出2cm后又变回8mil。那么在2cm长6mil宽线条的两个端点处都会发生反射,一次是阻抗变大,发生正反射,接着阻抗变小,发生负反射。如果两次反射间隔时间足够短,两次反射就有可能相互抵消,从而减小影响。假设传输信号为1V,第Y次正反射有0.2V被反射,1.2V继续向前传输,第二次反射有 -0.2*1.2 = 0.24v被反射回。再假设6mil线长度极短,两次反射几乎同时发生,那么总的反射电压只有0.04V,小于5%这一噪声预算要求。因此,这种反射是否影响信号,有多大影响,和阻抗变化处的时延以及信号上升时间有关。研究及实验表明,只要阻抗变化处的时延小于信号上升时间的20%,反射信号就不会造成问题。如果信号上升时间为1ns,那么阻抗变化处的时延小于0.2ns对应1.2英寸,反射就不会产生问题。也就是说,对于本例情况,6mil宽走线的长度只要小于3cm就不会有问题。
河南厂家FPC软板线路板打样本身的基板是由隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在表层能够看到的很小线路材料是铜箔,FPC软板加工厂原本铜箔是覆盖在整个线路板板上的,并且在生产过程中部份被蚀刻掉,留下来的就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线或称布线,用来提供线路板上零件的电路连接。通常PCB板的颜色都是棕色或是绿色,这是阻焊漆的颜色。是绝缘的防护层,可以保护铜线,也可以防止零件被焊到错误的地方。现在显卡和主板上都是多层板,很大程度上可以增加布线的面积。多层板用上了更多单或双面的布线板,并在每层板间放进一层绝缘层后压合。PCB板的层数就代表了有几层独立的布线层,通常层数都是偶数,并且包含最外侧的两层,常见的PCB板一般是4~8层的结构。很多PCB板的层数可以通过观看PCB板的切面看出来。但实际上,没有人能有这么好的眼力。所以,下面再教大家一种方法。多层板打样的电路连接是通过埋孔和盲孔技术,主板和显示卡大多使用4层的PCB板,也有些是采用6、8层,甚至10层的PCB板。要想看出是PCB有多少层,通过观察导孔就可以辩识,因为在主板和显示卡上使用的4层板是第1、第4层走线,其他几层另有用途(地线和电源)。所以,同双层板一样,导孔会打穿PCB板。如果有的导孔在PCB板正面出现,却在反面找不到,那么就一定是6/8层板了。如果PCB板的正反面都能找到相同的导孔,自然就是4层板了。把主板对着有光处,看到导孔的位置,如果能透光,这就是8/6层板,否就是四层板.
从IC芯片的发展及封装形式来看,芯片体积越来越小、引脚数越来越多;同时,由于近年来IC工艺的发展,使得其速度也越来越高。这就带来了一个问题,即电子设计的体积减小导致电路的布局布线密度变大,而同时信号的频率还在提高,从而使得如何处理高速信号问题成为一个设计能否成功的关键因素。随着电子系统中逻辑复杂度和时钟频率的迅速提高,信号边沿不断变陡,印刷电路板的线迹互连和板层特性对系统电气性能的影响也越发重要。对于低频设计,线迹互连和板层的影响可以不考虑,但当频率超过50 MHz时,互连关系必须考虑,而在*定系统性能时还必须考虑印刷电路板板材的电参数。因此,高速系统的设计必须面对互连延迟引起的时序问题以及串扰、传输线效应等信号完整性(Signal Integrity,SI)问题。当硬件工作频率增高后,每一根布线网络上的传输线都可能成为发射天线,对其他电子设备产生电磁辐射或与其他设备相互干扰,从而使硬件时序逻辑产生混乱。电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility,EMC)的标准提出了解决硬件实际布线网络可能产生的电磁辐射干扰以及本身抵抗外部电磁干扰的基本要求。1 高速数字电路设计的几个基本概念在高速数字电路中,由于串扰、反射、过冲、振荡、地弹、偏移等信号完整性问题,本来在低速电路中无需考虑的因素在这里就显得格外重要;另外,随着现有电气系统耦合结构越来越复杂,电磁兼容性也变成了一个不能不考虑的问题。要解决高速电路设计的问题,首先需要真正明白高速信号的概念。高速不是就频率的高低来说的,而是由信号的边沿速度决定的,一般认为上升时间小于4倍信号传输延迟时可视为高速信号。即使在工作频率不高的系统中,也会出现信号完整性的问题。这是由于随着集成电路工艺的提高,所用器件I/O端口的信号边沿比以前更陡更快,因此在工作时钟不高的情况下也属于高速器件,随之带来了信号完整性的种种问题。
解决EMI问题的办法很多,现代的EMI抑制方法包括:利用EMI抑制涂层、选用合适的EMI抑制零配件和EMI仿真设计等。本文从最基本的PCB布板出发,讨论PCB分层堆叠在控制EMI辐射中的作用和设计技巧。电源汇流排在IC的电源引脚附近合理地安置适当容量的电容,可使IC输出电压的跳变来得更快。然而,问题并非到此为止。由于电容呈有限频率响应的特性,这使得电容无法在全频带上生成干净地驱动IC输出所需要的谐波功率。除此之外,电源汇流排上形成的瞬态电压在去耦路径的电感两端会形成电压降,这些瞬态电压就是主要的共模EMI干扰源。我们应该怎么解决这些问题?就我们电路板上的IC而言,IC周围的电源层可以看成是优良的高频电容器,它可以收集为干净输出提供高频能量的分立电容器所泄漏的那部份能量。此外,优良的电源层的电感要小,从而电感所合成的瞬态信号也小,进而降低共模EMI。当然,电源层到IC电源引脚的连线必须尽可能短,因为数位信号的上升沿越来越快,最好是直接连到IC电源引脚所在的焊盘上,这要另外讨论。为了控制共模EMI,电源层要有助于去耦和具有足够低的电感,这个电源层必须是一个设计相当好的电源层的配对。有人可能会问,好到什么程度才算好?问题的答案取决于电源的分层、层间的材料以及工作频率(即IC上升时间的函数)。通常,电源分层的间距是6mil,夹层是FR4材料,则每平方英寸电源层的等效电容约为75pF。显然,层间距越小电容越大。