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PCB线路板调试技术之六类模块

在PCB抄板及设计工作中，我们常常要对电路板进行调试与测试，六类模块电路板的调试就是其中一种，为了能让大家更好的理解六类模块电路板的调试技术，我先给大家简单的介绍一下六类模块。六类模块的核心部件是线路板，其设计结构、制作工艺基本上就决定了产品的性能指标，六类模块执行的标准是 EIA/TIA 568B.2-1，当中为重要的参数是插入损耗、回波损耗、近端串扰等。

插入损耗 (Insert Loss)：由于传输通道阻抗的存在，它会随着信号频率的增加而使信号的高频分量衰减加大，衰减不仅与信号频率有关，也与传输距离有关，随着长度的增加，信号衰减也会随着增加。回波损耗(Return Loss)：由于产品中阻抗发生变化，就会产生局部震荡，致使信号反射，被反射到发送端的一部分能量会形成噪音，导致信号失真，降低传输性能。如全双工的千兆网，会将反射信号误认为是收到的信号而引起有用信号的波动，造成混乱，反射的能量越少，就意味着通道采用线路的阻抗一致性越好，传输信号越完整，在通道上的噪音就越小。回波损耗RL的计算公式：回波损耗=发射信号÷反射信号。
  

在设计中，阻抗的全线路一致性以及与100欧姆阻抗的六类线缆配合是解决回波损耗参数失效的有效手段。例如PCB线路的层间距离不均匀、传输线路铜导体截面变化、模块内的导体与六类线缆导体不匹配等，都会引起回波损耗参数变化。近端串扰(NEXT)： NEXT是指在一对传输线路中，一对线对另一对线的信号耦合，即为当一条线对发送信号时，在另一条相邻的线对收到的信号。这种串扰信号主要是由于临近绕对通过电容或电感耦合过来的，通过补偿的办法，抵消、减弱其干扰信号，使其不能产生驻波是解决该参数失效的主要办法。

在模块试制阶段，用理论做指导，以计算机辅助设计为依据，就能很快的达到预期效果。在国内进行的六类模块PCB设计中，主要以线路对角补偿理论做依据，进行大量的试制工作，同样也可达到预期效果。模块与插头引起的信号外漏现象会发生相互间的信号干涉，为防止信号干涉现象，在平衡链路中导体进行扭绕，达到平衡传输的目的，扭绕结构会造成信号间的相位变化，也会增大线路上的信号衰减，这个结构称之为非屏蔽结构(UTP)。4对平衡双绞线中，每对线的绞距不同，线缆尾端使用模块化的连接件，形成连接件和接插件之间的相连，相互连接区内形成导体之间进行的平衡结构，即为六类系统的链路。在链路内产生了在平衡线路中所发生的信号干扰现象，即为串扰，解决串扰问题是进行高速通信用连接件制造的核心技术。
  

在接触端子之间产生接触损失会导致衰减、反射损失等现象，这种损失在高速信号传输时，会产生障碍和故障，解决这类问题是进行高速通信用连接件制造的核心技术。在模块与插头的连接线路中，插头内的每对连接端子是平衡线路，平衡线路中导体会产生信号外漏及阻抗损耗，阻碍通信的大因素就是信号外漏。可通过研究E场和H场解决此类问题或从研究反向衰减的方法中寻找解决方案，这是高速通信用连接件制造的核心技术。E场和H场平衡线路上所发生的信号干扰，即电磁场干扰，可通过E场和H场的分布进行描述。



电子通信线路测试的主要参数是扫频下进行的相关测量，在这个频率信号上附加语音或数据包进行传输，传输速度越高频率越快。用信号外漏的解决方法来解释产生问题的插座信号外漏现象，基本的方法是根据电感和电容所发生的信号外漏仿真图，在信号集中区域收集信号并进行返送。在设计中，耦合电容的设计是关键参数，与耦合线路的长度、线间距离、宽度、补偿线路布置等有关。考虑到六类系统采用4对线同时传输信号，必然会对其产生综合远端串绕，可通过分析，进行计算机仿真，设计出补偿线路。国内同行一般进行的六类模块试制过程主要是在确定主干回路后，在设计出补偿回路，进行大量的方案设计和样品制作，在补偿线路、PCB层间结构基本确定后，后续工作主要是通过工艺改进，从而提。

PCB线路板沉金与镀金工艺的区别

在PCB生产中，沉金和镀金都是表面处理的一种，那么， PCB线路板沉金工艺与镀金工艺都有哪些优劣性呢？

镀金，一般指的是“电镀金”、“电镀镍金”、“电解金”等，有软金和硬金的区分（一般硬金是用于金手指的），原理是将镍和金（俗称金盐）溶化于化学药水中，将线路板浸在电镀缸内并接通电流而在电路板的铜箔面上生成镍金镀层，电镍金因镀层硬度高，耐磨损，不易氧化的优点在电子产品中得到广泛的应用。

沉金是通过化学氧化还原反应的方法生成一层镀层，一般厚度较厚，是化学镍金金层沉积方法的一种，可以达到较厚的金层。

沉金与镀金的区别：

1、沉金与镀金所形成的晶体结构不一样，沉金对于金的厚度比镀金要厚很多，沉金会呈金黄色，较镀金来说更黄（这是区分镀金和沉金的方法之一）。

2、沉金比镀金更容易焊接，不会造成焊接不良。

3、沉金板的焊盘上只有镍金，信号的趋肤效应是在铜层上传输，不会对信号产生影响。

4、沉金比镀金的晶体结构更致密，不易产生氧化。

5、镀金容易使金线短路。而沉金板的焊盘上只有镍金，因此不会产生金线短路。

6、沉金板的焊盘上只有镍金，因此导线电阻和铜层的结合更加牢固。

7、沉金板的平整性与使用寿命较镀金板要好。



以上便是 PCB线路板沉金工艺与镀金工艺的区别。

PCB线路板为什么要做阻抗吗

阻抗对于PCB电路板的意义何在，PCB电路板为什么要做阻抗？本文介绍了什么是阻抗及阻抗的类型，其次介绍了PCB线路板为什么要做阻抗，后阐述了阻抗对于PCB电路板的意义，具体的跟随小编一起来了解一下。

什么是阻抗？

在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示，是一个复数，实部称为电阻，虚部称为电抗，其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗 ，电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗，电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗。阻抗的单位是欧。

阻抗类型

（1）特性阻抗

在计算机﹑无线通讯等电子信息产品中， PCB的线路中的传输的能量， 是一种由电压与时间所构成的方形波信号（square wave signal， 称为脉冲pulse），它所遭遇的阻力则称为特性阻抗。



（2）差动阻抗

驱动端输入极性相反的两个同样信号波形，分别由两根差动线传送，在接收端这两个差动信号相减。差动阻抗就是两线之间的阻抗Zdiff。



（3）奇模阻抗

两线中一线对地的阻抗Zoo，两线阻抗值是一致。



（4）偶模阻抗

驱动端输入极性相同的两个同样信号波形， 将两线连在一起时的阻抗Zcom。



（5）共模阻抗

两线中一线对地的阻抗Zoe，两线阻抗值是一致，通常比奇模阻抗大。

PCB线路板为什么要做阻抗？

pcb线路板阻抗是指电阻和对电抗的参数，对交流电所起着阻碍作用。在pcb线路板生产中，阻抗处理是的。原因如下：

1、PCB线路（板底）要考虑接插安装电子元件，接插后考虑导电性能和信号传输性能等问题，所以就会要求阻抗越低越好，电阻率要低于每平方厘米1&TImes;10-6以下。

2、PCB线路板在生产过程中要经历沉铜、电镀锡（或化学镀，或热喷锡）、接插件焊锡等工艺制作环节，而这些环节所用的材料都电阻率底，才能线路板的整体阻抗低达到产品质量要求，能正常运行。

3、PCB线路板的镀锡是整个线路板制作中容易出现问题的地方，是影响阻抗的关键环节。化学镀锡层大的缺陷就是易变色（既易氧化或潮解）、钎焊性差，会导致线路板难焊接、阻抗过高导致导电性能差或整板性能的不稳定。

4、PCB线路板中的导体中会有各种信号传递，当为提高其传输速率而提高其频率，线路本身如果因蚀刻、叠层厚度、导线宽度等因素不同，将会造成阻抗值得变化，使其信号失真，导致线路板使用性能下降，所以就需要控制阻抗值在一定范围内。

阻抗对于PCB电路板的意义

对电子行业来说，据行内调查，化学镀锡层致命的弱点就是易变色（既易氧化或潮解）、钎焊性差导致难焊接、阻抗过高导致导电性能差或整板性能的不稳定、易长锡须导致PCB线路短路以至烧毁或着火事件。

据悉，国内先研究化学镀锡的当是上世纪90年代初昆明理工大学，之后就是90年代末的广州同谦化工（企业），一直至今，10年来行内均有认可该两家机构是做得好的。其中，据我们对众多企业的接触筛选调查、实验观测以及长期耐力测试，证实同谦化工的镀锡层是低电阻率的纯锡层，导电和钎焊等质量可以到较高的水准，难怪他们敢对外其镀层在无须任何封闭及防变色剂保护的情况下，能保持一年不变色、不起泡、不脱皮、不长锡须。

后来当整个社会生产业发展到一定程度的时候，很多后来参与者往往是属于互相抄袭，其实相当一部分企业自己本身并没有研发或能力，所以，造成很多产品及其用户的电子产品（线路板板底或电子产品整体）性能不佳，而造成性能不佳的主要原因就是因为阻抗问题，因为当不合格的化学镀锡技术在使用过程中，其为PCB线路板所镀上去的锡其实并不是真正的纯锡（或称属单质），而是锡的化合物（即根本就不是金属单质，而是金属化合物，氧化物或卤化物，更直接地说是属于非金属物质）或锡化合物与锡金属单质的混合物，但单凭借肉眼是很难发现的…

因为PCB线路板的主体线路是铜箔，在铜箔的焊点上就是镀锡层，而电子元件就是通过焊锡膏（或焊锡线）焊接在镀锡层上面的，事实上焊锡膏在融熔状态焊接到电子元件和锡镀层之间的是金属锡（即导电良好的金属单质），所以可以简单扼要地指出，电子元件是通过锡镀层再与PCB板底的铜箔连接的，所以锡镀层的纯洁性及其阻抗是关键；又，但未有接插电子元件之前，我们直接用仪器去检测阻抗时，其实仪器探头（或称为表笔）两端也是通过先接触PCB板底的铜箔表面的锡镀层再与PCB板底的铜箔来连通电流的。所以锡镀层是关键，是影响阻抗的关键和影响PCB整板性能的关键，也是易于被忽略的关键。

众所周知，除金属单质外，其化合物均是电的不良导体或甚至不导电的（又，这也是造成线路中存在分布容量或传布容量的关键），所以锡镀层中存在这种似导电而非导电的锡的化合物或混合物时，其现成电阻率或未来氧化、受潮所发生电解反应后的电阻率及其相应的阻抗是相当高的（足已影响数字电路中的电平或信号传输，）而且其特征阻抗也不相一致。所以会影响该线路板及其整机的性能。

所以，就现时的社会生产现象来说，PCB板底上的镀层物质和性能是影响PCB整板特征阻抗的主要原因和直接的原因，但又由于其具有随着镀层老化及受潮电解的变化性，所以其阻抗产生的忧患影响变得更加隐性和多变性，其隐蔽的主要原因在于：不能被肉眼所见（包括其变化），第二不能被恒常测得，因为其有随着时间和环境湿度的改变而变的变化性，所以总是易于被人忽略。

FPC柔性电路有哪些主要材料？

在柔性电路中使用的主要材料是绝缘簿膜、胶黏剂和导线。绝缘簿膜形成了电路的基础。胶黏剂将铜箔黏接到绝缘簿膜上，在多层结构设计中，内部有许多层被黏合在了一起。使用外保护层将电与砂尘和潮气相隔绝，与此同时还可以降低在挠曲时所受的应力。导电层是由铜箔提供的。

在一些柔性电路中，采用铝或者不锈钢作为加强肋，以确保几何尺寸的稳定性。同时还可以提供在元器件和连接器插入时的机械支撑力，以及消除掉应力。加强肋采用胶黏剂黏接在柔性电路上面。

有时在柔性电路中采用的另外一种材料是黏接片（bond ply），它是由两面涂覆有胶黏剂的绝缘簿膜构成。黏接片能够提供环境保护和电气绝缘，它能够起到取消簿膜层和在层数较少的多层电路中起到黏接的作用。

许多绝缘簿膜可以从市场上采购到，常用的是聚酰亚胺和涤纶材料（如表1所示）。在美国的所有柔性电路制造厂商中，接近80%的厂商是采用聚酰亚胺簿膜作为柔性电路的材料，大约20%的制造厂商结合采用涤纶簿膜。

聚酰亚胺材料具有不易燃、几何尺寸稳定的特点，拥有较高的抗撕裂强度，并且能够忍受焊接时的高温。涤纶也称为聚对苯二甲酸乙二醇脂（polyethylene terephthalate 简称PET），物理性能与聚酰亚胺相类似，具有较低的介电常数和能够吸附少量的潮气，但是耐高温的能力较差。

涤纶的熔化点在250℃，它的玻璃化转变温度(Tg)为80℃，这些参数限制了它们在需要进行大量焊接的场合的使用。在低温状态下，它们较硬,但是它们仍适用于在电话以及其他不暴露在恶劣环境下工作的电子产品中使用。

聚酰亚胺绝缘簿膜通常与聚酰亚胺或者丙烯酸胶黏剂一起使用，绦纶绝缘簿膜一般与绦纶胶黏剂一起使用。在焊接或者在整个多层层压周期操作以后，黏接好的材料具有令人满意的特性优点，即稳定的几何尺寸。在胶黏剂中的其他重要特性是较低的介电常数、较高的绝缘阻抗、较高的玻璃化转变温度和较低的吸湿性。

在柔性电路中除了采用绝缘簿膜与导电材料相互黏接以外，胶黏剂也被用作防护涂覆来使用，它可以形成覆盖层（也称为coverlays）和表面涂层。这两者之间的主要差异在于所采用的应用方式不同。覆盖层是将胶黏剂覆盖在层压有电路的绝缘簿膜上面，而表面涂层是通过表面印刷的方式涂布胶黏剂。

不是所有的层压结构都要与胶黏剂相接合，不采用胶黏剂的层压结构与采用胶黏剂的层压结构相比较，能够提供更簿的电路、更佳的柔软性和更好的导热率。簿型结构的导热率和不采用耐热胶黏剂的结构，允许不采用胶黏剂的电路在不宜采用胶黏剂为基础的层压簿片的工作场合中使用。

在柔性电路中所使用的铜箔可以采用电沉积或者采用锻制的方式获得。采用电沉积制造的箔片一面是有光泽的，而另外一面是没有光泽的，它形成了可以弯曲的材料，可以形成不同的厚度尺寸和宽度尺寸。

由电沉积制成的箔片的无光泽一面常常需要采用特殊处理，以求改善其黏接性能。采用锻制方式形成的铜箔除了可以弯曲以外，具有一定的硬度和表面光滑度，可以适应要求动态柔性活动的场合使用。

FPC柔性线路板常见的一些工艺知识

1、FPC是柔性的线路板可以折叠弯曲，一般用做翻盖手机的上下部分连接、电池的保护电路等。

为了FPC的平整度生产厂家出货之般会对FPC进行压平处理，并且由于FPC是柔性的所以很难采用抽真空包装。所以在传递和使用过程种注意FPC的平整度尽量不要折弯。

2、FPC一般为1～2层，多层的FPC比较少见。FPC的基材和Cover Layer一般采用聚酰亚胺，基材和铜箔之间压和成一体。有些FPC的厚度以铜箔的厚度标识如1.5OZ，2.0OZ。

与PCB不同的是Cover Layer在铜箔上的开口一般小于铜箔面积而PCB上Solder Mask面积一般大于铜箔的面积。需要注意的一点就是FPC基材和铜箔之间靠树脂粘和，有些情况下树脂会溢出造成焊盘污染导致漏焊。

3、FPC的废边（Waste Area,没有电路的边缘部分）部分一般采用2种工艺。一种叫Solid Copper，既采用整体的铜箔覆盖。

另一种叫Cross Hatching。Solder Copper工艺的FPC柔性相对较小，如果不折弯比较平整但是折弯后不容易恢复。Cross Hatching工艺的FPC与其相反。

4、FPC在整个SMT过程种均需要使用支撑，通常所选用的支撑未耐热防静电的合成材料制成，也有公司使用薄铝板进行支撑。常用的定位的方式为采用高温胶带将FPC粘在支撑板上。

不过需要注意的是胶带的位置尽量在FPC的四个角和比较长的边中间位置，这可以防止FPC翘起。还有胶带厚度会对锡膏印刷产生一定的影响，所以胶带的位置不要贴在元件密集的位置边缘及有细管脚的元件周围，更注意不要贴在焊盘上。

5、因为FPC的平整度和PCB相比比较差并且还存在支撑、胶带等多种因素的影响所以FPC在印刷的过程种很难和网板完全贴，这就会造成锡膏量的控制上存在问题。

对网板开口有两点建议：一是网板对于密管脚的IC元件尽量的将网孔变窄拉长并且网板尽可能的薄，实践证明颠倒梯形的网孔对印刷比较有利。另一条是对于跨度比较大的片式元件或连接件尽量加大网孔避免因为FPC不平造成漏焊。

6、因为FPC需要支撑所以在回流焊接时回流炉的Profile设定一定要考虑支撑板对热量的吸收，一般燠热区建议回流炉下面的温度设定比上面高一部分以支撑板的温度和FPC相近避免冷焊，再有就是出口的冷却风要强支撑板温度降到安全温度，还可以在路子出口增加冷却风扇。

7、为了方便分割，FPC与边缘之间一般沿轮廓预先切开，未切开的部分一般保留一层基材（Micro Joint)并需要在上面打邮票孔，邮票孔不但可以方便分割还可以防止在分割点处产生大的毛刺。

连接部分还能FPC在SMT的过程种不翘起,所以Micro Joint因该在FPC内每个切口处保留。FPC的切割可以选择手工分割或使用类似于冲床的模具分割。

在高速PCB设计时，设计者应该从那些方面去考虑EMC、EMI的规则呢？



一般EMI/EMC设计时需要同时考虑辐射(radiated)与传导(conducted)两个方面。前者归属于频率较高的部分(>30MHz)后者则是较低频的部分(<30MHz)。所以不能只注意高频而忽略低频的部分。

一个好的EMI/EMC设计一开始布局时就要考虑到器件的位置，PCB叠层的安排，重要联机的走法，器件的选择等，如果这些没有事前有较佳的安排，事后解决则会事倍功半，增加成本。

例如时钟产生器的位置尽量不要靠近对外的连接器，高速信号尽量走内层并注意特性阻抗匹配与参考层的连续以减少反射，器件所推的信号之斜率(slewrate)尽量小以减低高频成分，选择去耦合(decoupling/bypass)电容时注意其频率响应是否符合需求以降低电源层噪声。

另外，注意高频信号电流之回流路径使其回路面积尽量小(也就是回路阻抗loopimpedance尽量小)以减少辐射。还可以用分割地层的方式以控制高频噪声的范围。

适当的选择PCB与外壳的接地点(chassisground)。