PCB_Layout_and_SI_问答（第三篇）

11.如何选择PCB板材?如何选择PCB板材?如何避免高速数据传输对周围模拟小信号的高频干扰,有没有一些设计的基本思路?

专家解答:
    选择PCB板材必须在满足设计需求和可量产性及成本中间取得平衡点。设计需求包含电气和机构这两部分。通常在设计非常高速的PCB板子(大于GHz的频率)时这材质问题会比较重要。例如，现在常用的FR-4材质，在几个GHz的频率时的介质损dielectric loss会对信号衰减有很大的影响，可能就不合用。就电气而言，要注意介电常数(dielectric constant)和介质损在所设计的频率是否合用。
避免高频干扰的基本思路是尽量降低高频信号电磁场的干扰，也就是所谓的串扰(Crosstalk)。可用拉大高速信号和模拟信号之间的距离，或加ground guard/shunt traces在模拟信号旁边。还要注意数字地对模拟地的噪声干扰。

12.PCB板各个层都代表什么意思.众所周知PCB板包括很多层，但其中某些层的含义我还不是很清楚。mechanical，keepoutlayer,topoverlay,bottomoverlay,toppaste,bottompaste,topsolder,bottomsolder,drillguide,drilldrawing,multilayer这些层不知道它们的确切含义。希望您指教。
专家解答:
在EDA软件的专门术语中，有很多不是有相同定义的。以下就字面上可能的意义来解释。
Mechnical: 一般多指板型机械加工尺寸标注层
Keepoutlayer: 定义不能走线、打穿孔(via)或摆零件的区域。这几个限制可以独立分开定义。
Topoverlay: 无法从字面得知其意义。多提供些讯息来进一步讨论。
Bottomoverlay: 无法从字面得知其意义。可多提供些讯息来进一步讨论。
Toppaste: 顶层需要露出铜皮上锡膏的部分。
Bottompaste: 底层需要露出铜皮上锡膏的部分。
Topsolder: 应指顶层阻焊层，避免在制造过程中或将来维修时可能不小心的短路
Bottomsolder: 应指底层阻焊层。
Drillguide: 可能是不同孔径大小，对应的符号，个数的一个表。
Drilldrawing: 指孔位图，各个不同的孔径会有一个对应的符号。
Multilayer: 应该没有单独这一层，能指多层板，针对单面板和双面板而言。

13.地的连接问题.一个系统往往分成若干个PCB，有电源、接口、主板等，各板之间的地线往往各有互连，导致形成许许多多的环路，产生诸如低频环路噪声，不知这个问题如何解决?
专家解答:
    各个PCB板子相互连接之间的信号或电源在动作时，例如A板子有电源或信号送到B板子，一定会有等量的电流从地层流回到A板子 (此为Kirchoff current law)。这地层上的电流会找阻抗最小的地方流回去。所以，在各个不管是电源或信号相互连接的接口处，分配给地层的管脚数不能太少，以降低阻抗，这样可以降低地层上的噪声。另外，也可以分析整个电流环路，尤其是电流较大的部分，调整地层或地线的接法，来控制电流的走法(例如，在某处制造低阻抗，让大部分的电流从这个地方走)，降低对其它较敏感信号的影响。

14.little problem .why the wien bridge can only bebalanced at one frequency? even if the ratio of coupled resistors is varied
专家解答:
The operation principle of Wien bridge oscillator is positive feedbackmechanism. The transfer function (or gain) of the Wien bridge oscillator (in
Laplace transform) is Af(s)=A(s)/[1-A(s)B(s)],which A(s) is open loop gain of amplifier and B(s) is the gain of feedbacknetwork. To oscillate spontaneously, the Af(s) must approach to infinity whichimplies denominator is zero. That is, the product of A(s) and B(s) need to beequal to 1. Due to the frequency dependence of A(s)B(s), there is only onefrequency can make the denominator to be zero. That is why the Wien bridge onlybalance at one frequency. The oscillation frequency is determined by theresistors and capacitors in the positive feedback path, f=1/[2psqrt(R1C1R2C2)],where R1, C1, R2, C2 are the components in the positive feedback path. Thecomponents on negative feedback path are
nothing to do with the oscillation frequency. The other intuitive insight tothis concept of balancing at one frequency is to treat the network of positivefeedback path as a frequency selector. There are a high-pass filter formed by aseries capacitor with a grounded resistor and a low-pass filter formed by aseries resistor with a grounded capacitor. The total effect is similar to abandpass filter. There is a website to address this concept: http://www.interq.or.jp/japan/se-
inoue/e_ckt18_2.htm#2.
  

15.如何估算特性阻抗。（1）能否提供一些经验数据、公式和方法来估算布线的阻抗。（2）当无法满足阻抗匹配的要求时，是在信号线的末端加并联的匹配电阻好，还是在信号线上加串联的匹配电阻好。（3）差分信号线中间可否加地线。
专家解答:
  
         1.以下提供两个常被参考的特性阻抗公式：
           a.微带线(microstrip)
           Z={87/[sqrt(Er+1.41)]}ln[5.98H/(0.8W+T)] 其中，W为线宽，T为走线的铜皮
厚度，H为走线到参考平面的距离，Er是PCB板材质的介电常数(dielectricconstant)。此公式
必须在0.1<(W/H)<2.0及1<(Er)<15的情况才能应用。
            b.带状线(stripline)
           Z=[60/sqrt(Er)]ln{4H/[0.67p(T+0.8W)]} 其中，H为两参考平面的距离，并且
走线位于两参考平面的中间。此公式必须在W/H<0.35及T/H<0.25的情况才能应用。
          最好还是用仿真软件来计算比较准确。
         2.选择端接(termination)的方法有几项因素要考虑:
          a.信号源(sourcedriver)的架构和强度。
          b.功率消耗(powerconsumption)的大小。
          c.对时间延迟的影响，这是最重要考虑的一点。
         所以，很难说哪一种端接方式是比较好的。
         3.差分信号中间一般是不能加地线。因为差分信号的应用原理最重要的一点便是利用差分信号间相互耦合(coupling)所带来的好处，如flux cancellation，抗噪声(noiseimmunity)能力等。若在中间加地线，便会破坏耦合效应。