PCB板的设计要析
电子电路PCB的散热分析与设计
电子电路PCB的散热分析与设计随着科技的不断发展，电子设备已经成为了我们生活中不可或缺的一部分。
然而，在电子设备运行过程中，由于电路板上的元器件会产生大量的热能，如果散热不良，会导致设备性能下降、可靠性降低甚至出现安全问题。
因此，针对电子电路PCB的散热分析与设计至关重要。
本文将结合实际案例，对电子电路PCB的散热问题进行分析和讨论。
电路板的热阻：热阻是表示热量传递难易程度的物理量，值越小表示热量传递越容易。
电路板的热阻主要包括元器件的热阻和电路板本身的热阻，其中元器件的热阻受到其功耗、结点温度等因素的影响。
自然对流：自然对流是指空气在温度差的作用下产生的流动现象。
在电子设备中，自然对流可将热量从电路板表面传递到周围环境中，从而降低电路板温度。
然而，自然对流的散热效果受到空气流动速度、环境温度等因素的影响。
强迫通风：强迫通风是通过风扇等装置强制空气流动，以增强电子设备的散热能力。
强迫通风的散热效果主要取决于风扇的功率、风量等因素。
选择合适的导热材料：导热材料具有将热量从高温区域传导到低温区域的能力，常用的导热材料包括金属、陶瓷、石墨烯等。
在电路板设计中，应根据元器件的功耗和结点温度等因素，选择合适的导热材料。
提高电路板表面的散热能力：提高电路板表面的散热能力可以有效降低电路板的温度。
常用的方法包括增加电路板表面积、加装散热片、使用热管等。
合理安排元器件的布局：元器件的布局对电路板的散热效果有着重要影响。
在布局时，应尽量将高功耗元器件放置在电路板的边缘或中心位置，以方便热量迅速散出。
同时，应避免将高功耗元器件过于集中，以防止局部温度过高。
增强自然对流：自然对流是电路板散热的重要途径之一。
在电路板设计中，应尽量减少对自然对流的阻碍，如避免使用过高的结构、保持电路板表面的平整度等。
可在电路板下方或周围增加通风口或风扇等装置，以增强自然对流的散热效果。
采用强迫通风：强迫通风可以显著提高电子设备的散热能力。
PCB规则的详细解析
PCB规则的详细解析1. 介绍PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）是现代电子设备中不可或缺的组成部分之一。
作为电子元器件的载体和连接器，PCB的设计和制造对整个电子设备的性能和可靠性起着至关重要的作用。
而在PCB设计中，遵循一系列的规则和准则是非常重要的，本文将详细解析常见的PCB规则。
2. PCB层堆叠规则在PCB设计中，层堆叠是指将各个功能层（如信号层、地层、电源层等）按照一定的方式堆叠在一起。
层堆叠规则主要包括以下几个方面： - 信号层与电源层的交互规则 - Ground与Power Plane的布局规则 - 信号层的信号道宽度规则 - 信号层和地层的间距规则在PCB中，良好的布线可以极大地提高信号完整性和抗干扰能力。
布线规则主要包括以下几个方面： - 线宽和线距规则 - 圆角规则 - 规避噪声和交叉干扰规则 - 地线和信号线的布线规则4. PCB元件布局规则元件的布局对PCB的性能和信号完整性有着直接的影响。
元件布局规则主要包括以下几个方面： - 元件间距规则 - 元件安装方向规则 - 元件与外框安全间距规则 - 外围连接器布局规则5. PCB尺寸规则在PCB设计中，尺寸规则的合理使用可以保证PCB板的可穿戴性、可装配性以及适应性。
尺寸规则主要包括以下几个方面： - PCB板尺寸规则 - PCB板边缘安全间距规则 - PCBA和外壳尺寸匹配规则为了保证设计出的PCB能够顺利地通过制造流程和检测，必须遵守一系列制造规则。
制造规则主要包括以下几个方面： - 最小线宽与线距规则 - 最小孔径规则 - 铜盖层规则 - X尺寸规则7. PCB高速信号规则在设计高速信号预和传输线路时，有一些特殊的规则和技巧需要遵循。
高速信号规则主要包括以下几个方面： - 差分信号对的布局规则 - 高速信号的特殊层堆叠规则 - 良好的地与电源规则 - 高速信号的匹配和终止规则8. PCB测试规则为了确保设计的PCB可以正常工作，必须遵守一系列的测试规则。
PCB设计方案分析报告
通过热仿真软件对PCB设计方案进行热模拟，预测在不同 工作负载和环境条件下的温度分布和热点位置，为散热设 计提供参考。
散热设计
评估PCB设计方案中的散热措施，如散热孔、散热鳍片、 风扇等，以确保PCB在高功率应用下的散热性能。
可靠性评估
耐候性
评估PCB设计方案在恶劣环境条件下的耐候性，包括温度、湿度、盐雾等环境因素对PCB 性能和寿命的影响。
抗振性
分析PCB设计方案在振动和冲击条件下的可靠性，评估固定方式、元器件布局等因素对抗 振性的影响。
可维护性
评估PCB设计方案的可维护性，包括元器件布局、维修通道、标识清晰度等因素，以确保 在维修和更换元器件时的便捷性和高效性。
05
PCB设计方案改进建议
布局优化建议
元器件布局优化
根据电路功能和信号流向，合理布置元器件位置，缩短关键信号路径，降低信号延迟和失真。同时，将相互干扰较大 的元器件适当隔开，减少串扰和电磁干扰。
01
阻抗匹配设计
02
终端电阻设计
针对高速信号传输线，应进行阻抗匹 配设计，确保信号在传输过程中的幅 度和相位稳定性，降低反射和失真。
在长距离传输线或总线系统中，合理 设置终端电阻，以消除信号反射和振 铃现象，提高信号质量。
03
差分信号设计
对于易受干扰的敏感信号，可采用差 分信号设计，提高信号抗干扰能力和 共模抑制比。同时，保持差分线对之 间的间距一致，确保差分阻抗匹配。
电源和接地分析
电源稳定性
分析PCB板的电源设计，评估电 源稳定性，确保在各种工况下均
能提供稳定的电压和电流。
接地设计
检查接地设计是否满足抗干扰能 力和安全性能要求，分析接地电 阻的大小，以及接地线的布局和
《2024年多芯片PCB板水冷散热设计与分析》范文
《多芯片PCB板水冷散热设计与分析》篇一一、引言随着电子技术的快速发展，多芯片PCB板在各种应用中得到了广泛的应用。
然而，随着芯片密度的增加和性能的提升，散热问题成为了制约其进一步发展的关键因素。
因此，设计一种高效、可靠的水冷散热系统对于多芯片PCB板来说显得尤为重要。
本文将详细介绍多芯片PCB板水冷散热系统的设计思路、设计方法以及分析其性能。
二、设计目标与要求在设计多芯片PCB板水冷散热系统时，我们需要明确以下设计目标和要求：1. 高效散热：确保多芯片PCB板在工作过程中产生的热量能够及时、有效地散发出去，防止因过热而导致的性能下降或损坏。
2. 可靠性：水冷散热系统应具有较高的可靠性，以确保系统的稳定运行。
3. 轻量化与低成本：在保证散热效果的前提下，尽可能减轻系统重量，降低制造成本。
4. 易于维护与升级：系统应具有较好的可维护性和可升级性，方便后期对散热系统进行维修和升级。
三、设计思路与方案针对多芯片PCB板的散热需求，我们提出以下设计思路与方案：1. 确定散热需求：根据多芯片PCB板的功率、发热量以及工作环境等因素，确定所需的散热量。
2. 选择散热器与水冷装置：根据散热需求，选择合适的散热器和水冷装置。
散热器应具有较大的表面积，以增加热量散发的效率。
水冷装置则应具备较高的热传导性能和稳定性。
3. 设计水道结构：根据PCB板的布局和发热量分布，设计合理的水道结构。
水道应覆盖所有发热量较大的区域，以确保热量能够及时传递到水冷装置。
4. 连接与固定：将散热器、水冷装置与PCB板进行连接和固定，确保系统在运行过程中保持稳定。
5. 控制与监测：加入控制系统和监测装置，对水冷系统的运行状态进行实时监控和控制，以保证系统的稳定性和可靠性。
四、性能分析多芯片PCB板水冷散热系统的性能分析主要包括以下几个方面：1. 散热效果：通过实验测试，验证水冷散热系统在多种工况下的散热效果。
包括在不同环境温度、不同负载下的散热性能，以及长时间运行后的散热稳定性。
PCB设计的成本效益分析
PCB设计的成本效益分析PCB（Printed Circuit Board）是电子产品中不可或缺的组成部分，它承载着各种电子元件，并将其连接在一起，使得电子产品能够正常运行。
在电子产品开发过程中，进行 PCB 设计是一个重要的环节。
本文将对 PCB 设计的成本效益进行详细的分析和阐述。
一、PCB 设计的成本要素在进行 PCB 设计时，涉及到的成本要素主要包括材料成本、人力成本、设备成本和时间成本。
1. 材料成本PCB 设计所需要的材料包括 PCB 板、电子元件、焊接材料等。
这些材料的成本将直接影响到 PCB 设计的总成本。
2. 人力成本进行 PCB 设计需要一支专业团队的参与，他们包括 PCB 工程师、硬件工程师、软件工程师等。
他们的工作时间、薪资和技术水平都会对 PCB 设计的成本产生影响。
3. 设备成本进行 PCB 设计需要使用各种设计软件、工作站和检测设备。
这些设备的购置费用和维护费用都将对 PCB 设计的成本产生影响。
4. 时间成本进行 PCB 设计需要一定的时间，这个时间包括了设计、修订和测试的周期。
时间的使用效率直接关系到项目的进度和成本。
二、PCB 设计的成本效益分析PCB 设计的成本效益分析是对 PCB 设计过程中投入的成本和获得的效益进行综合评估。
在分析时，应注意综合考虑成本和效益的多个方面。
1. 成本分析成本分析是指对 PCB 设计过程中的各项成本进行细致的核算和评估。
在核算时，需要综合考虑各项成本元素，并与项目目标进行对比。
比较常用的成本核算方法有总成本法、分配成本法和直接成本法等，可以根据项目的实际情况选择合适的方法。
2. 效益分析效益分析是指对 PCB 设计过程中的效益进行分析和评估。
效益可以从多个角度进行考虑，如产品质量、生产效率、技术创新等。
在进行效益分析时，需要量化评估各项效益，并将其与成本进行对比。
3. 成本效益综合评估成本效益综合评估是将成本分析和效益分析结果进行综合，得出一个综合评估结论。
开关电源PCB设计要点及实例分析
开关电源PCB设计要点及实例分析开关电源PCB设计要点及实例分析开关电源PCB设计要点及实例分析为了适应电子产品飞快的更新换代节奏，产品设计工程师更倾向于选择在市场上很容易采购到的AC/DC适配器，并把多组直流电源直接安装在系统的线路板上。
由于开关电源产生的电磁干扰会影响到其电子产品的正常工作，正确的电源PCB设计就变得非常重要。
开关电源PCB设计与数字电路PCB设计完全不一样。
在数字电路排版中，许多数字芯片可以通过PCB软件来自动排列，且芯片之间的连接线可以通过PCB软件来自动连接。
用自动排版方式排出的开关电源肯定无法正常工作。
所以,设计人员需要对开关电源PCB设计基本规则和开关电源工作原理有一定的了解。
1 开关电源PCB设计基本要点1.1 电容高频滤波特性图1是电容器基本结构和高频等效模型。
图1 电容器结构和寄生等效串联电阻和电感电容的基本公式是C=Εrε0 （1）式（1）显示，减小电容器极板之间的距离（D）和增加极板的截面积（A）将增加电容器的电容量。
电容通常存在等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）二个寄生参数。
图2是电容器在不同工作频率下的阻抗（ZC）。
图2 电容阻抗（ZC）曲线一个电容器的谐振频率（F0）可以从它自身电容量（C）和等效串联电感量（LESL）得到，即F0= （2）当一个电容器工作频率在F0以下时，其阻抗随频率的上升而减小，即ZC= （3）当电容器工作频率在F0以上时，其阻抗会随频率的上升而增加，即ZC=J2πfLESL（4）当电容器工作频率接近F0时，电容阻抗就等于它的等效串联电阻（RESR）。
电解电容器一般都有很大的电容量和很大的等效串联电感。
由于它的谐振频率很低，所以只能使用在低频滤波上。
钽电容器一般都有较大电容量和较小等效串联电感，因而它的谐振频率会高于电解电容器，并能使用在中高频滤波上。
瓷片电容器电容量和等效串联电感一般都很小，因而它的谐振频率远高于电解电容器和钽电容器，所以能使用在高频滤波和旁路电路上。
pcb板子分析
双面板这种电路板的两面都有布线，不过要用上两面的导线，必须要在两面间有适当的电路连接才行。
这种电路间的“桥梁”叫做导孔（via）。
导孔是在PCB上，充满或涂上金属的小洞，它可以与两面的导线相连接。
因为双面板的面积比单面板大了一倍，双面板解决了单面板中因为布线交错的难点（可以通过孔导通到另一面），它更适合用在比单面板更复杂的电路上。
多层板为了增加可以布线的面积，多层板用上了更多单或双面的布线板。
用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层的印刷线路板，通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印刷线路板就成为四层、六层印刷电路板了，也称为多层印刷线路板。
板子的层数并不代表有几层独立的布线层，在特殊情况下会加入空层来控制板厚，通常层数都是偶数，并且包含最外侧的两层。
大部分的主机板都是4到8层的结构，不过技术上理论可以做到近100层的PCB板。
大型的超级计算机大多使用相当多层的主机板，不过因为这类计算机已经可以用许多普通计算机的集群代替，超多层板已经渐渐不被使用了。
因为PCB中的各层都紧密的结合，一般不太容易看出实际数目，不过如果仔细观察主机板，还是可以看出来。
布局布局，是把电路器件放在印制电路板布线区内。
布局是否合理不仅影响后面的布线工作，而且对整个电路板的性能也有重要影响。
在保证电路功能和性能指标后，要满足工艺性、检测和维修方面的要求，元件应均匀、整齐、紧凑布放在PCB上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接，以得到均匀的组装密度。
按电路流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，输入和输出信号、高电平和低电平部分尽可能不交叉，信号传输路线最短。
功能区分元器件的位置应按电源电压、数字及模拟电路、速度快慢、电流大小等进行分组，以免相互干扰。
电路板上同时安装数字电路和模拟电路时，两种电路的地线和供电系统完全分开，有条件时将数字电路和模拟电路安排在不同层内。
pcb设计的可制造性
面向制造约束的优化策略
总结词
根据制造工艺和制造成本等因素进行优化， 提高制造效率和产品质量。
详细描述
在PCB设计中，应考虑制造工艺和制造成本 等因素。不同的制造工艺和材料选择会影响 制造成本和产品质量。在面向制造约束的优 化时，应考虑制造流程、材料选择、加工精 度等因素，以实现高效、稳定的PCB制造。 同时，应尽量减少制造过程中的废料和不良
流程优化
对流程中可能存在的瓶颈和问题进行分析和优化，提高生产效率。
流程监控
对制造流程进行实时监控，确保产品质量和生产计划的执行。
制造约束分析
尺寸限制
01
分析PCB板材的尺寸、厚度、孔径等参数，以满足产品的规格
要求。
制造能力限制
02
根据供应商的制造能力，分析产品的可制造性，避免制造过程
中的问题。
材料限制
选择符合制造要求的元件封装， 以确保PCB制造的可行性和可靠
性。
PCB尺寸和形状
根据产品需求和制造能力，确定 PCB的尺寸和形状，以提高制造
效率和降低成本。
定位孔和标识
在PCB上设置合适的定位孔和标 识，以确保PCB在制造过程中的
准确定位和识别。
03
pcb设计的可制造性分析
制造可行性分析
板材选择
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案例二：高速数字电路pcb的可制造性设计
要点一
总结词
要点二
详细描述
高速数字电路pcb的可制造性设计需要考虑信号的完整性和 时序性，以及如何优化布线和元件布局。
高速数字电路pcb设计需要关注信号的完整性和时序性， 以确保信号在传输过程中不失真或畸变。为了优化信号的 完整性和时序性，需要考虑布线和元件布局的优化。例如 ，合理安排信号线的长度和走向，以减少信号反射和延迟 ；合理安排元件的排列和连接方式，以减少信号干扰和噪 声。
PCB板设计与仿真分析研究
PCB板设计与仿真分析研究第一章：绪论1.1 研究背景和意义PCB板作为一种主要的电子产品的组成部分，其设计和仿真分析对于提高电子产品的性能和质量至关重要。
通过PCB板的设计和仿真分析，研究人员和工程师可以确保电路板能够在电气上稳定地运行，从而提高了电子产品的可靠性和使用寿命。
由于PCB 板在目前的电子行业中应用越来越广泛，因此对它的设计和仿真分析的研究也愈发重要。
1.2 研究现状目前，PCB板设计和仿真分析所使用的软件和工具非常多，包括Altium Designer、OrCAD、PADS、EAGLE等等。
这些软件和工具提供了各种有用的功能和工具，使得设计和仿真分析变得更加简单快捷。
同时，还有很多优秀的研究成果和经验总结，为PCB板的设计和仿真分析提供了有益的指导和借鉴。
第二章：PCB板设计2.1 PCB板设计的基本流程PCB板设计的基本流程包括：原理图设计、封装库的建立、布局设计、走线设计、特殊工艺的设计等多个步骤。
其中，原理图设计是整个流程的第一步，主要是对电路板的原理进行设计和制定，以确保电路板的基本功能达到要求。
在完成原理图设计之后，需要建立封装库，并在布局设计和走线设计中通过预置的元件进行把控。
2.2 PCB板设计的技术要求在PCB板设计中，需要注意以下的技术要求：（1）尺寸限制：电路板设计的尺寸需要符合规范和标准，且不能超出固定限制范围。
（2）元件布局：需要考虑各元器件的大小、使用环境、工作电压和功率等因素来进行摆放布局。
（3）信号完整性：对高速信号和功率线路的设计需要按照一定标准进行，保证信号的稳定性和完整性。
（4）特殊工序的设计：对于局部需要进行特殊工艺处理的元器件，需要进行特殊工序设计。
2.3 PCB板设计的注意事项在PCB板设计的过程中需要注意以下的事项：（1）对元器件进行合理的布局和连接，确保信号的稳定性和可靠性。
（2）遵循标准和规范进行设计，约束设计流程，确保板子的质量和可靠性。
PCB设计流程简述
PCB设计流程简述PCB（Printed Circuit Board）设计是电子产品开发的重要环节之一，它定义了电路连接和元器件布局，因此决定了整个电子产品的性能和可靠性。
下面将简述PCB设计的流程，主要分为以下几个步骤。
1.硬件需求分析：首先需要对电子产品的功能需求进行分析，确定所需的电路板数量、尺寸和性能指标等。
这需要与其他相关部门或客户进行交流，并明确设计目标。
2.原理图设计：在确定硬件需求后，需要进行原理图设计。
原理图是电子产品电路的逻辑表示，其中包括各个元器件的连接以及信号传输路径等信息。
在设计过程中，需要注意元器件的选型、阻抗匹配、信号完整性等问题。
4.PCB布局设计：在完成原理图和封装设计后，需要进行PCB布局设计。
布局设计是将各个元器件放置到PCB板上的过程，包括位置、方向和间距等。
在布局过程中需要考虑信号完整性、电磁干扰、热管理等因素，以确保良好的性能和可靠性。
5.信号完整性分析和优化：在完成布局设计后，需要进行信号完整性分析和优化。
这是为了确保信号在高速电路中能够稳定传输，并且减少信号交叉干扰。
在这一步骤中，可能需要进行信号仿真、电源噪声分析、串扰分析等。
根据分析结果，可以进行信号线长度匹配、分层布局、地平面分割等优化措施。
6.PCB网络规划和布线设计：在进行电路板的布线设计之前，需要进行网络规划。
这是为了确定信号和电源的走线路径，以及布线的层次。
然后可以进行布线设计，将信号线、电源线和地线等按照规划进行布线。
布线设计需要考虑信号完整性、电磁兼容性和热管理等因素。
通常会使用布线工具来辅助完成这一步骤。
7.设计规则检查和审查：在完成布线设计后，需要进行设计规则检查和审查。
这是为了确保设计符合电路板制造和组装的要求，包括引脚间距、最小线宽线距、焊盘大小等。
同时还需要检查是否符合电磁兼容性和热管理设计要求。
如果存在问题，需要进行调整和优化。
8. PCB制造文件生成：在完成PCB设计后，需要生成制造文件。
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第27卷第3期凯里学院学报V ol.27N o.3 2009年6月Journal o f Kaili U niversit y Jun.2009
PCB板的设计要析
唐素霞
(贵州电子信息职业技术学院电子工程系,贵州凯里556000)
摘 要:制作一块好的PCB板很不容易,在微电子领域的两大难点在于高频信号和微弱信号的处理,首先要明确设计目标、元器件的功能,然后合理布局和布线,尽量消除路或场的干扰,提高系统的抗干扰能力.
关键词:PCB板;高频信号;微弱信号;元器件的布局;导线的布局
中图分类号:T N41 文献标识码:A 文章编号:1673 9329(2009)03 0025 02
制作PCB板就是把设计好的电路原理图变成一块实实在在的PCB电路板.很多在电路原理上行得通的东西最后却不一定能够实现.做一块PCB板不难,但要做好一块PCB板却不是一件容易的事情.微电子领域的两大难点在于高频信号和微弱信号的处理,在这方面PCB板的制作水平就显得尤其重要.同样的原理设计,同样的元器件,不同的人制作出来的PCB板就会具有不同的结果.那么如何才能做出一块好的PCB板呢?据以往的经验,就以下几方面谈谈自己的看法.
1 明确设计目标
设计之前要先明确其设计目标,是普通的PCB 板、高频PCB板、小信号处理PCB板还是既有高频率又有小信号处理的PCB板.如果是普通的PCB 板,只要做到布局布线合理整齐,机械尺寸准确无误即可.如有中负载线和长线,就要采用一定的手段进行处理来减轻负载,长线要加强驱动,重点是防止长线反射.当板上有超过40MH z的信号线时,就要对这些信号线进行特殊的考虑,比如线间的串扰等问题[1]104 129.如果频率更高一些,对布线的长度就有更严格的限制,根据分布参数的理论,高速电路与其连线间的相互作用是决定性因素,在系统设计时不能忽略.随着门传输速度的提高,在信号线上的反对将会相应增加,相邻信号线间的串扰将成正比地增加,通常高速电路的功耗和热耗散也都很大,在做高速PCB板时应引起足够的重视.
当板上有毫伏级甚至微伏级的微弱信号时,对这些信号线就需要特别的关照,小信号由于太微弱,非常容易受到其它强信号的干扰,屏蔽措施常常是必要的,否则将大大降低信噪比[2]113 133,以至于有用信号被噪声淹没,不能有效地提取出来.
对板子的调测也要在设计阶段加以考虑,测试点的物理位置,测试点的隔离等因素不可忽略,因为有些小信号和高频信号是不能直接把探头加上去进行测量的.
此外还要考虑其他一些相关因素,如板子层数,采用元器件的封装外形,板子的机械强度等.在做PCB板前,要做出对该设计的设计目标心中有数.
2 清楚元器件的性能要求
我们知道,有些特殊元器件在布局布线时有特殊的要求,比如LOT I和APH所用的模拟信号放大器,模拟信号放大器对电源稳压器要求要平稳、纹波小,模拟小信号部分要尽量远离功率器件[3].在LOTI板上,小信号放大部分还专门加有屏蔽罩,把杂散的电磁干扰给屏蔽掉.LOTI板上用的GLINK芯片采用的是ECL工艺[4]81 110,功耗大发热厉害,对散热问题必须在布局时就必须进行特殊考虑,若采用自然散热,就要把GLINK芯片放在空气流通比较顺畅的地方,而且散出来的热量还不能对其它芯片构成大的影响.如果板子上装有喇叭或其他大功率的器件,有可能对电源造成严重的污染这一点也应引起足够的重视.
3 元器件的布局
元器件的布局首先要考虑的因素就是电性能.把连线关系密切的元器件尽量放在一起,尤其对一些高速线,布局时就要使它尽可能地短,功率信号和小信号器件要分开[5]81 110.在满足电路性能的前提下,还要考虑元器件摆放整齐、美观,便于测试,板子的机械尺寸,插座的位置等也需认真考虑.
高速系统中的接地和互连线上的传输延迟时间也是在系统设计时首先要考虑的因素.信号线上的传输时间对总的系统速度影响很大,特别是对高速的ECL电路,虽然集成电路块本身速度很高,但由于在底板上用普通的互连线(每30cm线长约有2ns的延迟量)带来延迟时间的增加,可使系统速度大为降低[2]113 133.如移位寄存器,同步计数器这
* 收稿日期:2008 12 18
作者简介:唐素霞,贵州电子信息职业技术学院电子工程系教师.
种同步工作部件最好放在同一块插件板上,因为到不同插件板上的时钟信号的传输延迟时间不相等,可能使移位寄存器产主错误,若不能放在一块板上,则在同步是关键的地方,从公共时钟源连到各插件板的时钟线的长度必须相等.
4 对布线的考虑
印制电路板上的任何一条 长的信号通路都可以视为一种传输线.如果该线的传输延迟时间比信号上升时间短得多,那么信号上升期间所产主的反射都将被淹没,不再呈现过冲、反冲和振铃[4]81 110.对现时大多数的CM OS电路来说,由于上升时间对线传输延迟时间之比大得多[4]81 110,所以走线可长以米计而无信号失真,而对于速度较快的逻辑电路,特别是超高速ECL集成电路来说,由于边沿速度的增快[4]81 110,若无其它措施,走线的长度必须大大缩短,以保持信号的完整性.
有两种方法能使高速电路在相对长的线上工作而无严重的波形失真.TT L对快速下降边沿采用肖特基二极管箝位方法,使过冲量被箝制在比地电位低一个二极管压降的电平上,这就减少了后面的反冲幅度,较慢的上升边缘允许有过冲,但它被在电平 H状态下电路的相对高的输出阻抗(50~ 80 )所衰减[4]81 110.此外,由于电平 H状态的抗扰度较大,使反冲问题并不十分突出,对H CT系列的器件,若采用肖特基二极管箝位和串联电阻端接方法相结合,其改善的效果将会更加明显.
当沿信号线有扇出时,在较高的位速率和较快的边沿速率下,上述介绍的TTL整形方法显得有些不足.因为线中存在着反射波,它们在高位速率下将趋于合成,从而引起信号严重失真和抗干扰能力降低.因此,为了解决反射问题,在ECL系统中通常使用另外一种方法:线阻抗匹配法[4]81 110.用这种方法能使反射受到控制,信号的完整性得到保证.
严格的说,对于有较慢边沿速度的常规TTL和CMOS器件来说,传输线并不是十分需要的.对有较快边沿速度的高速ECL器件,传输线也不总是需要的.但是当使用传输线时,它们具有能预测连线时延和通过阻抗匹配来控制反射和振荡的优点[6].
决定是否采用传输线的基本因素有五个,它们是: 1.系统信号的沿速率;2.连线距离3.容性负载(扇出的多少);4.电阻性负载(线的端接方式);5.允许的反冲和过冲百分比(交流抗扰度的降低程度).
5 PCB板的选择和走线
做PCB时是选用双面板还是多层板,要看最高工作频率和电路系统的复杂程度以及对组装密度的要求来决定.在时钟频率超过200M H Z时最好选用多层板[2]111 133.如果工作频率超过350 MH z,最好选用以聚四氟乙烯作为介质层的印制电路板,因为它的高频衰耗要小些,寄生电容要小些,传输速度要快些,还由于Z0较大而省功耗[2]113 133.对印制电路板的走线有如下原则要求[1]104 129.
1.印制导线要尽量的粗、短,但因考虑到导线与焊盘的协调,一般导线宽度可在0.3~
2.0mm 之间,0.5m m以下主要用于微小型设备.
2.所有平行信号线之间要尽量留有较大的间隔,以减少串扰.如果有两条相距较近的信号线,最好在两线之间走一条接地线,这样可以起到屏蔽作用.
3.设计信号传输线时要避免急拐弯和分支,以防传输线特性阻抗的突变而产生反射,要尽量设计成具有一定尺寸的均匀的圆弧线.
4.对于双面板,电路板两面的线要互相垂直,以防止互相感应产主串扰.
5.印制板上若装有大电流器件,如继电器、指示灯、喇叭等,它们的地线最好要分开单独走,以减少地线上的噪声,这些大电流器件的地线应连到插件板和背板上的一个独立的地总线上去,而且这些独立的地线还应该与整个系统的接地点相连接.
6.如果板上有小信号放大器,则放大前的弱信号线要远离强信号线,而且走线要尽可能地短,如有可能还要用地线对其进行屏蔽.
7.地线和电源线的载流量较大,设计时应适当加宽,一般取1.5~2.0mm.当电路工作频率在30 MH Z以上或在高速开关的数字电路中,为较少地阻抗,常采用大面积接地.
6 仿真测试
完成这些工作后,如果时间允许还可以进行软件仿真.特别是高频数字电路,这样可以提前发现一些问题,大大减少以后的调试工作量.
7 结束语
使用以上的基本抗干扰措施,可消除印制板大部分的常见干扰.由于硬件的可靠性是设备的复杂性函数,要消除一些特殊的、小概率的干扰,就要采用特殊的、更复杂的硬件抗干扰电路.但过多地采用硬件抗干扰措施,会明显提高产品的常规成本,且硬件数量的增加,还会产生新的干扰,导致系统的可靠性下降.应根据设计条件和目标要求,合理采用一些硬件抗干扰措施来提高系统的抗干扰能力,这样才能制作出一块好的PCB板.
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[责任编辑:潘志清]
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!凯里学院学报第27卷。