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PCB设计的基础技术问题解答

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  1、如何选择 EDA 工具

  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。

  2、请推荐一种适合于高速信号处理和传输的 EDA 软件。

  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。(大唐电信技术专家 王升)

  3、对 PCB 板各层含义的解释

  Topoverlay ----顶层器件名称, 也叫 top silkscreen 或者 top component legend, 比如 R1 C5,

  IC10.bottomoverlay----同理 multilayer-----如果你设计一个 4 层板,你放置一个 free pad or via, 定义它作为multilay 那么它的 pad 就会自动出现在 4 个层 上,如果你只定义它是 top layer, 那么它的 pad 就会只出现在顶层上。

  4、2G 以上高频 PCB 设计,走线,排版,应重点注意哪些方面

  2G 以上高频 PCB 属于射频电路设计,不在高速数字电路设计讨论范围内。而 射 频电路的布局(layout)和布线(routing)应该和原理图一起考虑的,因为布局布线都会造成分布效应。而且,射频电路设计一些无源器件是通过参数化定义,特殊形状铜箔实现,因此要求 EDA 工具能够提供参数化器件,能够编辑特殊形状铜箔。Mentor 公司的 boardstation 中有专门的 RF 设计模块,能够满足这些要求。而且,一般射频设计要求有专门射频电路分析工具,业界最着名的是 agilent 的 eesoft,和 Mentor 的工具有很好的接口。

  5、2G 以上高频 PCB 设计,微带的设计应遵循哪些规则

  射频微带线设计,需要用三维场分析工具提取传输线参数。所有的规则应该在这个场提取工具中规定。

  6、对于全数字信号的 PCB,板上有一个 80MHz 的钟源。除了采用丝网(接地)外,为了保证有足够的驱动能力,还应该采用什么样的电路进行保护

  确保时钟的驱动能力,不应该通过保护实现,一般采用时钟驱动芯片。一般担心时钟驱动能力,是因为多个时钟负载造成。采用时钟驱动芯片,将一个时钟信号变成几个,采用点到点的连接。选择驱动芯片,除了保证与负载基本匹配,信号沿满足要求(一般时钟为沿有效信号),在计算系统时序时,要算上时钟在驱动芯片内时延。

  7、如果用单独的时钟信号板,一般采用什么样的接口,来保证时钟信号的传输受到的影响小

  时钟信号越短,传输线效应越小。采用单独的时钟信号板,会增加信号布线长度。而且单板的接地供电也是问题。如果要长距离传输,建议采用差分信号。LVDS 信号可以满足驱动能力要求,不过您的时钟不是太快,没有必要。

  8、27M,SDRAM 时钟线(80M-90M),这些时钟线二三次谐波刚好在 VHF 波段,从接收端高频窜入后干扰很大。除了缩短线长以外,还有那些好办法

  如果是三次谐波大,二次谐波小,可能因为信号占空比为 50%,因为这种情况下,信号没有偶次谐波。这时需要修改一下信号占空比。此外,对于如果是单向的时钟信号,一般采用源端串联匹配。这样可以抑制二次反射,但不会影响时钟沿速率。源端匹配值,可以采用下图公式得到。

  9、什么是走线的拓扑架构

  Topology,有的也叫 routing order.对于多端口连接的网络的布线次序。

  10、怎样调整走线的拓扑架构来提高信号的完整性

  这种网络信号方向比较复杂,因为对单向,双向信号,不同电平种类信号,拓朴影响都不一样,很难说哪种拓朴对信号质量有利。而且作前仿真时,采用何种拓朴对工程师要求很高,要求对电路原理,信号类型,甚至布线难度等都要了解。

  11、怎样通过安排叠层来减少 EMI 问题

  首先,EMI 要从系统考虑,单凭 PCB 无法解决问题。层迭对 EMI 来讲,我认为主要是提供信号最短回流路径,减小耦合面积,抑制差模干扰。另外地层与电源层紧耦合,适当比电源层外延,对抑制共模干扰有好处。

  12、为何要铺铜

  一般铺铜有几个方面原因。1,EMC.对于大面积的地或电源铺铜,会起到屏蔽作用,有些特殊地,如 PGND 起到防护作用。2,PCB 工艺要求。一般为了保证电镀效果,或者层压不变形,对于布线较少的PCB 板层铺铜。3,信号完整性要求,给高频数字信号一个完整的回流路径,并减少直流网络的布线。当然还有散热,特殊器件安装要求铺铜等等原因。

  13、在一个系统中,包含了 dsp 和 pld,请问布线时要注意哪些问题呢

  看你的信号速率和布线长度的比值。如果信号在传输在线的时延和信号变化沿时间可比的话,就要考虑信号完整性问题。另外对于多个 DSP,时 钟 ,数据 信号走线拓普也会影响信号质量和时序,需要关注。

  14、除 protel 工具布线外,还有其他好的工具吗

  至于工具,除了 PROTEL,还有很多布线工具,如 MENTOR 的 WG2000,EN2000 系列和 powerpcb,Cadence 的 allegro,zuken 的 cadstar,cr5000 等,各有所长。

  15、什么是“信号回流路径”

  信号回流路径,即 return current。高速数字信号在传输时,信号的流向是从驱动器沿 PCB 传输线到负载,再由负载沿着地或电源通过最短路径返回驱动器端。这个在地或电源上的返回信号就称信号回流路径。Dr.Johson 在他的书中解释,高频信号传输,实际上是对传输线与直流层之间包夹的介质电容充电的过程。SI 分析的就是这个围场的电磁特性,以及他们之间的耦合。

  16、如何对接插件进行 SI 分析

  在 IBIS3.2 规范中,有关于接插件模型的描述。一般使用 EBD 模型。如果是特殊板,如背板,需要SPICE 模型。也可以使用多板仿真软件(HYPERLYNX 或 IS_multiboard),建立多板系统时,输入接插件的分布参数,一般从接插件手册中得到。当然这种方式会不够精确,但只要在可接受范围内即可。

  17、请问端接的方式有哪些

  端接(terminal),也称匹配。一般按照匹配位置分有源端匹配和终端匹配。其中源端匹配一般为电阻串联匹配,终端匹配一般为并联匹配,方式比较多,有电阻上拉,电阻下拉,戴维南匹配,AC 匹配,肖特基二极管匹配。

  18、采用端接(匹配)的方式是由什么因素决定的

  匹配采用方式一般由 BUFFER 特性,拓普情况,电平种类和判决方式来决定,也要考虑信号占空比,系统功耗等。

  19、采用端接(匹配)的方式有什么规则

  数字电路最关键的是时序问题,加匹配的目的是改善信号质量,在判决时刻得到可以确定的信号。对于电平有效信号,在保证建立、保持时间的前提下,信号质量稳定;对延有效信号,在保证信号延单调性前提下,信号变化延速度满足要求。Mentor ICX 产品教材中有关于匹配的一些资料。另外《High Speed Digital design a hand book of blackmagic》有一章专门对 terminal 的讲述,从电磁波原理上讲述匹配对信号完整性的作用,可供参考。

  20、能否利用器件的 IBIS 模型对器件的逻辑功能进行仿真 如果不能,那么如何进行电路的板级和系统级仿真

IBIS 模型是行为级模型,不能用于功能仿真。功能仿真,需要用 SPICE 模型,或者其他结构级模型。

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