PCB部落格 - 好的PCB板是如何製作的

每個人都知道 PCB電路板 就是把設計好的原理圖變成真正的印刷電路板. 請不要低估這個過程. 有許多事情原則上可行，但在工程中很難實現, 或者其他人可以實現什麼, 其他人不能, 所以做一個 PCB板, 但要做好一件事並不容易 PCB板. 微電子領域的兩大難點是高頻訊號和微弱訊號的處理. 在這方面, 的級別 PCB板 生產尤其重要. 相同的原理設計, 相同的組件, 和 PCB板不同的人生產的s有不同的特點. 那麼我們怎樣才能做好 PCB板? 根據我們過去的經驗, I would like to talk about my views on the following aspects:

1. To clarify the design goals
When receiving a design task, 首先, 有必要明確設計目標, 是否為普通 PCB板, a 高頻PCB板, 小信號處理 PCB板, 或者 PCB板 具有高頻和小信號處理. 如果是普通的 PCB板, 只要佈局和佈線合理、整潔, 機械尺寸準確, 如果有中載重線和長輸電線, 必須使用某些方法來减少負載. 當電路板上的訊號線超過40MHz時, 應特別考慮這些訊號線, 例如線路之間的串擾. 如果頻率更高, 佈線長度將受到更嚴格的限制. 根據分佈參數網絡理論, 高速電路及其佈線之間的相互作用是一個决定性因素, 這在系統設計中是不容忽視的. 隨著閘門傳送速率的新增, 訊號線上的阻力將相應新增, 相鄰訊號線之間的串擾將成比例新增. 通常, 高速電路的功耗和散熱也很大. 在製作高速PCB時，應充分注意電路板. 當電路板上有毫伏級甚至微伏級的微弱訊號時, 需要特別注意這些訊號線. 因為小訊號太弱了, 它很容易受到其他强訊號的干擾, 通常需要採取遮罩措施. 大大降低了信噪比. 因此, 有用訊號被雜訊淹沒，無法有效選取. 在設計階段還應考慮電路板的調試. 測試點的物理位置和測試點的隔離等因素不容忽視, 因為一些小訊號和高頻訊號不能直接添加到探頭進行量測. 此外, 應考慮其他相關因素, 例如電路板的層數, 所用組件的包裝形狀, 板的機械強度. 在進行 PCB板, 有必要瞭解設計的設計目標.

2. Underst和 function of the components used for the layout and wiring requirements
We know that some special components have special requirements for layout and wiring, 例如loti和aph中使用的類比信號放大器. 類比信號放大器需要穩定的電源和較小的紋波. 類比小訊號部分應盡可能遠離電源設備. 在OTI板上, 小訊號放大部分還專業配備了遮罩蓋，以遮罩雜散電磁干擾. NTOI板上使用的glink晶片採用ECL工藝, 它消耗大量電力並產生熱量. 佈局期間必須特別考慮散熱問題. 如果使用自然散熱, GLINK晶片必須放置在空氣迴圈相對平穩的地方., 並且散熱不會對其他晶片產生很大影響. 如果電路板配備揚聲器或其他大功率設備, 可能對電源造成嚴重污染, 這也應該引起足够的重視.

3. Consideration of component layout
One of the first factors to be considered in the layout of components is the electrical performance. 與線路密切相關的部件應盡可能放在一起. 特別是一些高速線路, 佈局應盡可能短. 功率訊號和小訊號設備分開. 在滿足電路效能的前提下, 還必須考慮到組件放置整齊美觀, 便於測試. 還需要仔細考慮電路板的機械尺寸和插座的位置. 高速系統中互連的接地和傳播延遲時間也是系統設計的首要考慮因素. 訊號線上的傳輸時間對整個系統速度有很大影響, 特別是對於高速ECL電路. 雖然集成電路塊本身的速度很高, due to the use of ordinary interconnecting lines on the backplane (about 30 cm in length). 2ns delay) increases the delay time, 這可以大大降低系統速度. 位移暫存器和同步計數器等同步工作部件放置在同一塊板上, 因為發送到不同板的時鐘訊號是不同的，所以傳輸延遲時間不相等, 這可能會導致位移暫存器主錯誤. 如果不能放在一塊板上, 在同步至關重要的地方，從公共時鐘源到每個挿件板的時鐘線長度必須相等.

4. The consideration of wiring
With the completion of the design of OTNI and star fiber network, 未來將設計更多具有100MHz以上高速訊號線的電路板. 這裡將介紹高速線路的一些基本概念.
傳輸線：印刷電路板上的任何“長”訊號路徑都可以被視為傳輸線. 如果線路的傳播延遲時間遠小於訊號上升時間, 訊號上升期間產生的任何反射都將被淹沒. 超過, 回扣和鈴聲不再存在. 對於大多數當前MOS電路, 因為上升時間與線路傳輸延遲時間的比率要大得多, 軌跡可以在沒有訊號失真的情况下以米為組織進行量測. 用於更快的邏輯電路, 特別是超高速ECL. 對於集成電路, 由於邊緣速度新增, 如果沒有採取其他措施, 為了保持信號完整性，必須大大縮短記錄道的長度. 有兩種方法可以使高速電路在相對較長的線路上工作，而不會產生嚴重的波形失真. TTL使用肖特基二極體箝比特實現快速下降沿, 囙此，過沖被鉗制為低於地電位的一個二極體壓降. 這降低了後續回扣的幅度, 較慢的上升沿允許超調, but it is attenuated by the relatively high output impedance (50-80Ω) of the circuit in the level "H" state . 此外, 由於“H”級狀態的高抗擾度, 反沖問題不是很突出. 對於HCT系列設備, 如果使用肖特基二極體箝比特和串聯電阻端接方法, 改進將得到改進. 效果會更加明顯. 以更高的位元速率和更快的邊緣速率, 當沿訊號線存在扇出時，上述TTL成形方法有些不足. 因為線路中的反射波, 它們將傾向於以高位元速率組合, 導致嚴重的訊號失真，降低抗干擾能力. 因此, 為了解决反射問題, ECL系統中通常使用另一種方法：線阻抗匹配法. 這樣可以控制反射並保證信號完整性. 嚴格來說, 對於邊緣速度較慢的傳統TTL和CMOS器件, 輸電線路不是很必要. 對於邊緣速度更快的高速ECL設備, 輸電線路並非總是必要的. 但是當使用輸電線路時, 它們的優點是能够預測導線延遲，並通過阻抗匹配控制反射和振盪.

4.1 There are five basic factors for deciding whether to use a transmission line:
They are: (1) Edge rate of system signal, (2) Wiring distance (3) Capacitive load (how much fan-out), (4) Resistive load (line termination method); (5) Allowable Percent kickback and overshoot (reduction in AC immunity).

4.2. Several types of transmission lines
(1) Coaxial cable and twisted pair: They are often used in the connection between systems. 同軸電纜的特性阻抗通常為50Ω和75Ω, 雙絞線通常為110Î）.
(2) Microstrip line on the printed circuit board: The microstrip line is a strip conductor (signal line) separated from the ground plane by a dielectric. 如果厚度, width, 與線路地平面的距離是可控的, 其特性阻抗也是可控的.
(3) Stripline in the printed board: The stripline is a copper stripline placed in the middle of the dielectric between two layers of conductive planes. 如果線條的厚度和寬度, 介質的介電常數, 兩個導電平面之間的距離是可控的, 那麼線路的特性阻抗也是可控的.

4.3 Terminate the transmission line
When the receiving end of a line is terminated with a resistance equal to the characteristic impedance of the line, 傳輸線稱為平行終端線. 它主要用於獲得電力效能, 包括驅動分佈式負載. 有時為了節省功耗, 104電容器與端接電阻器串聯，形成交流端接電路, 可有效降低直流損耗. 電阻器串聯在驅動器和傳輸線之間, 線路末端不再連接到端接電阻器. 這種終止方法稱為串聯終止. 更長線路上的過沖和振鈴可以通過串聯阻尼或串聯終止科技進行控制. Series damping is achieved using a small resistor (usually 10 to 75 Ω) in series with the output of the drive gate. This damping method is suitable for Used in conjunction with lines whose characteristic impedance is controlled (such as backplane wiring, 無接地層的電路板, 和大多數繞線, 等.). The value of the series resistance and the output impedance of the circuit (drive gate) when terminated in series is equal to the transmission line. 特性阻抗. 串聯端接佈線的缺點是在端接處僅使用集中負載，傳播延遲時間長. 然而, 這可以通過使用冗餘串聯端接傳輸線來克服.

4.4 Unterminated transmission line
Transmission lines can be used without series or parallel termination if the line delay time is much shorter than the signal rise time, if the round-trip delay (the time the signal takes to travel back and forth on the transmission line) for an unterminated line is longer than for a pulsed signal If the rise time is short, 非終止引起的反沖約為邏輯擺幅的15%.

4.5 Comparison of several termination methods
Both parallel terminal wiring and series terminal wiring have their own advantages. 使用哪一個, 或兩者兼有, 取決於設計師的偏好和系統要求. The main advantage of parallel termination wiring is the high speed of the system and the complete and distortion-free transmission of the signal on the wire. 長線上的負載既不會影響驅動長線的驅動柵極的傳播延遲時間，也不會影響其訊號邊緣速度, 但會新增訊號沿長線的傳播延遲時間. 將大風扇推出時, 負載可以通過支路沿線路分佈，而不是像串聯終端那樣，負載必須集中在一起的終端. 串聯端接方法使電路能够驅動多條並聯負載線. 串聯終端線路中的電容性負載引起的延遲時間增量約為相應並聯終端線路的兩倍, 而由於電容性負載，短線具有邊緣. 速度减慢，驅動柵極延遲時間新增, 然而, 串聯端接導線的串擾小於並聯端接導線的串擾, 主要是因為沿串聯端接導線傳輸的訊號幅度僅為邏輯擺幅的一半, 囙此，開關電流也只是並聯端接開關電流的一半, 訊號能量小，串擾小. 製作時是選擇雙面板還是多層板 PCB板 取決於工作頻率, 電路系統的複雜性和組裝密度要求. 當時鐘頻率超過200MHZ時，選擇多層板. 如果工作頻率超過350MHz, 選用聚四氟乙烯作為介質層的印刷電路板, 因為它的高頻衰减較小, 寄生電容較小, 傳輸速度更快. 節省功耗, the following principles are required for the wiring of the printed circuit board:
(1) There should be as much space as possible between all parallel signal lines to reduce crosstalk. 如果有兩條訊號線彼此靠近, 在兩條線路之間接地線, 它可以充當盾牌.
(2) When designing the signal transmission line, 必須避免急轉彎，以防止傳輸線特性阻抗突然變化引起的反射.
(3) The width of the printed line can be calculated according to the characteristic impedance calculation formula of the microstrip line and the strip line. 印刷電路板上的微帶線的特性阻抗通常在50和120Î之間. 獲得較大的特性阻抗, 線寬必須非常窄. 但是很細的線條不容易畫出來. 考慮各種因素, 通常情况下，選擇大約68Î）的阻抗值是合適的, 因為選擇68Ω的特性阻抗可以實現延遲時間和功耗之間的平衡. 50Ω輸電線路將消耗更多電力； 更大的阻抗當然可以降低功耗, 但這會新增傳輸延遲時間. 由於負線路電容，傳播延遲時間新增，特性阻抗降低. 然而, 低特性阻抗線段組織長度的固有電容相對較大, 囙此，傳輸延遲時間和特性阻抗受負載電容的影響較小. 正確端接傳輸線的一個重要特徵是支路短截線對線路延遲時間的影響很小. 當Z0為50Î）. 短支線的長度必須限制在2以內.5cm. 避免大響鈴.
(4) For double-sided boards (or four-layer lines in six-layer boards). 電路板兩側的線路應相互垂直，以防止相互感應和串擾.
(5) If there are high-current devices on the printed board, 例如繼電器, 指示燈, 揚聲器, 等., 其地線應分開並單獨運行，以减少地線上的譟音. 這些大電流設備的接地線應連接到挿件板和背板上的單獨接地匯流排, 這些單獨的地線也應該連接到整個系統的接地點.
(6) If there is a small signal amplifier on the board, 放大前的弱訊號線應遠離强訊號線, 軌跡應該盡可能短, and the PCB板 如有可能，應使用接地線進行遮罩.