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PCB设计中的常见问题及其解决方法

  随着器件工作频率越来越高,高速PCB设计所面临的信号完整性等问题成为传统设计的一个瓶颈,工程师在设计出完整的解决方案上面临越来越大的挑战。尽管有关的高速仿真工具和互连工具可以帮助设计师解决部分难题,但高速PCB设计也更需要经验的不断积累及业界间的深入交流。

  >>  布线拓朴对信号完整性的影响
  当信号在高速PCB板上沿传输线传输时可能会产生信号完整性问题。
  「对于一组总线(地址,数据,命令)驱动多达4、5个设备(FLASH、SDRAM等)的情况,在PCB布线时,是总线依次到达各设备,如先连到SDRAM,再到FLASH……还是总线呈星型分布,即从某处分离,分别连到各设备。这两种方式在信号完整性上,哪种较好?」
  布线拓扑对信号完整性的影响,主要反映在各个节点上信号到达时刻不一致,反射信号同样到达某节点的时刻不一致,所以造成信号质量恶化。一般来讲,星型拓扑结构,可以通过控制同样长的几个分支,使信号传输和反射时延一致,达到比较好的信号质量。
  在使用拓扑之前,要考虑到信号拓扑节点情况、实际工作原理和布线难度。不同的Buffer,对于信号的反射影响也不一致,所以星型拓扑并不能很好解决上述数琣a址总线连接到FLASH和SDRAM的时延,进而无法确保信号的质量;另一方面,高速的信号一般在DSP和SDRAM之间通信,FLASH加载时的速率并不高,所以在高速仿真时只要确保实际高速信号有效工作的节点处的波形,而无需关注FLASH处波形;星型拓扑比较菊花链等拓扑来讲,布线难度较大,尤其大量数据地址信号都采用星型拓扑时。
  >>  焊盘对高速信号的影响
  在PCB中,从设计的角度来看,一个过孔主要由两部分组成:中间的钻孔和钻孔周围的焊盘。
  焊盘对高速信号有何影响?
  焊盘对高速信号有影响,其影响类似器件的封装对器件的影响。详细的分析是,信号从IC内出来以后,经过邦定线、管脚、封装外壳、焊盘、焊锡到达传输线,这个过程中的所有关节都会影响信号的质量。但实际分析时,很难给出焊盘、焊锡加上管脚的具体参数。所以一般就用IBIS模型中的封装的参数将它们都概括了,当然这样的分析在较低的频率上可以接收,但对于更高频率信号更高精度仿真就不够精确。现在的一个趋势是用IBIS的V-I、V-T曲线描述Buffer特性,用SPICE模型描述封装参数。
  >>  如何抑制电磁干扰
  PCB是产生电磁干扰 (EMI) 的源头,所以PCB设计直接关系到电子产品的电磁兼容性(EMC)。如果在高速PCB设计中对EMC/EMI予以重视,将有助缩短产品研发周期加快产品上市时间。因此,不少工程师非常关注抑制电磁干扰的问题。
  「在EMC测试中发现时钟信号的谐波超标十分严重,是不是要对使用到时钟信号的IC的电源引脚做特殊处理?目前只是在电源引脚上连接去耦电容,在PCB抄板设计中还有需要注意哪些方面以抑止电磁辐射呢?」
  EMC的三要素为辐射源,传播途径和受害体。传播途径分为空间辐射传播和电缆传导。所以要抑制谐波,首先看看它传播的途径。电源去耦是解决传导方式传播,此外必要的匹配和屏蔽也是需要的。
  滤波是解决EMC通过传导途径辐射的一个好办法,除此之外,还可以从干扰源和受害体方面入手考虑。干扰源方面,试着用示波器检查一下信号上升沿是否太快,存在反射或Overshoot、Undershoot或Ringing,如果有,可以考虑匹配;另外尽量避免做50%占空比的信号,因为这种信号没有偶次谐波,高频分量更多。受害体方面,可以考虑包地等措施。

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