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PCB的信号完整性与设计

在PCB的设计中,PCB设计人员需要把元器件的布局、布线及每种情况下应采用的何种SI问题解决方法综合起来,才能更好地解决PCB板的信号完整性问题.在某些情况下IC的选择能决定SI问题的数量和严重性.开关时间或边沿速率是指IC状态转换的速率,IC边沿速率越快,出现SI问题的可能性越高,正确地端接器件就很重要.PCB设计中减少信号完整性问题常用的方法是在传输线上增加端接元器件.在端接过程中,要权衡元器件数量、信号开关速度和电路功耗三方面的要求.例如增加端接元器件意味着PCB设计人员可用于布线的空间更少,而且在布局处理的后期增加端接元器件会更加困难,因为为新的元件和布线留出相应的空间.因此在PCB布局初期就应当搞清楚是否需要放置端接元器件.

1.信号完整性设计的一般准则:



PCB的层数如何定义?

包括采用多少层?各个层的内容如何安排合理?如应该有几层信号层、电源层和地层,信号层与地层如何交替排列等.



如何设计多种类的电源分块系统?

如3.3V、2.5V、3V、1.8V、5V、12V等等.电源层的合理分割和共地问题是PCB是否稳定的一个十分重要的因素.

如何配置退耦电容?

利用退耦电容来消除噪声是常用的手段,但如何确定其电容量?电容放置在什么位置?采用什么类型的电容等?



如何消除地弹噪声?



地弹噪声是如何影响和干扰有用信号的?

回路(Return Path)噪声如何消除?很多情况下,回路设计不合理是电路不工作的关键,而回路设计往往是工程师束手无策的工作。


如何合理设计电流的分配?

尤其是电/地层中电流的分配设计十分困难,而总电流在PCB板中的分配如果不均匀,会直接明显地影响PCB板的不稳定工作。

另外还有一些常见的如过冲、欠冲、振铃、传输线时延、阻抗匹配、串扰、毛刺等有关信号畸变的问题,但这些问题和上述问题是不可分割的,它们之间是因果关系.

ESD产生的机理

一个允电的导体接近另一个导时,两个导体之间会建立一个很强的电场,产生由电场引起的击穿。当两个导体之间的电压超过它们之间空气和绝缘介质的击穿电压时,就会产生ESD电弧。在0.7ns到10ns的时间里,ESD电弧电流会达到几十安培甚至超过100A。ESD电弧会产生一个频率范围在1MHz~500MHz的强磁场,并感性耦合到邻近的每一个布线环路,在距离ESD电弧10cm范围产生15A以上的电流,4KV以上的高压。ESD电弧将一直维持到两个导体接触短路或者电流低到不能维持电弧为止。

PCB多层板表面处理工艺种类：
1.热风整平涂布在PCB表面的熔融锡铅焊料和加热压缩空气流平（吹气平整）过程。使其形成抗铜氧化涂层，可提供良好的可焊性。热风焊料和铜在结合处形成铜 - 锡金属化合物，其厚度约为1～2mil；


2.有机抗氧化（OSP）通过化学方法在清洁的裸铜表面上生长一层有机涂层。这种PCB多层板薄膜具有抗氧化，耐热冲击，防潮，以保护铜表面在正常环境下不再生锈（氧化或硫化等）;同时，在随后的焊接温度下，焊接用焊剂很容易快速去除；

3.镍金化学在铜表面，涂有厚实，良好的镍金合金电性能，可以保护PCB多层板。很长一段时间不像OSP，它只用作防锈层，它可以用于长期使用PCB并获得良好的电能。此外，它还具有其他表面处理工艺所不具备的环境耐受性；

4.化学镀银沉积在OSP与化学镀镍/镀金之间，PCB多层板工艺简单快速。暴露在炎热，潮湿和污染的环境中仍然提供良好的电气性能和良好的可焊性，但失去光泽。由于银层下没有镍，沉淀的银不具有化学镀镍/浸金的所有良好的物理强度；

5.在PCB多层板表面导体上镀镍金，镀一层镍然后镀一层金，镀镍主要是为了防止金与铜之间的扩散。有两种类型的镀镍金：软金（，这意味着它看起来不亮）和硬金（光滑，坚硬，耐磨，钴和其他元素，表面看起来更亮）。软金主要用于芯片包装金线；硬金主要用于非焊接电气互连。

6.PCB混合表面处理技术选择两种或两种以上表面处理方法进行表面处理，常见的形式有：镍金防氧化，镀镍金沉淀镍金，电镀镍金热风整平，常见形式有：镍金防 - 氧化，镀镍金沉淀镍金，电镀镍金热风整平，重镍和金热风平整。尽管PCB多层板表面处理过程的变化并不显着，并且似乎有些牵强，但应该注意的是，长期缓慢的变化将导致的变化。随着对环境保护的需求不断增加，PCB的表面处理工艺必将在未来发生变化。