众所周知,制造印刷电路板就是把设计好的原理图变成真正的印刷电路板。请不要低估这个过程。有许多事情在原则上可行,但在工程上很难实现,或者其他人不能实现其他人能实现的。因此,制造一个印刷电路板并不难,但制造一个印刷电路板却不容易。
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,印刷电路板的制造水平尤为重要。不同的人用相同的原理设计制造的印刷电路板,相同的元件会有不同的结果,那么我们怎样才能制造出一个好的印刷电路板呢?根据我们过去的经验,我想就以下几个方面谈谈自己的看法。
A :应阐明设计目标
要接受一个设计任务,首先要确定它的设计目标,无论是普通印制板、高频印制板、小信号处理印制板,还是兼有高频和小信号处理的印制板。如果是一块普通的印制板,只要布局合理整齐,机械尺寸准确,如果有中负载线和长线,应该采取一定的措施来减轻负荷,长线应该加强驱动,重点是防止长线反射。
当电路板上有超过40兆赫兹的信号线时,应特别考虑这些信号线,如线间串扰。如果频率更高,布线的长度将受到更严格的限制。根据分布参数网络理论,高速电路与其连接之间的相互作用是系统设计中不可忽视的决定性因素。随着栅极传输速度的增加,信号线上的对立将相应地增加,并且相邻信号线之间的串扰将成比例地增加。通常,高速电路的功耗和散热也很大,在制作高速印刷电路板时应该给予足够的重视。
当电路板上有毫伏甚至微伏弱信号时,应特别注意这些信号线。由于小信号太弱,容易受到其他强信号的干扰,经常需要采取屏蔽措施,否则信噪比会大大降低。从而有用信号被噪声淹没,无法有效提取。
在设计阶段还应考虑电路板的调整和测量。不能忽略测试点的物理位置和测试点的隔离,因为一些小信号和高频信号不能直接加到探头上进行测量。
此外,还应考虑其他相关因素,如电路板的层数、组件的封装形状以及电路板的机械强度。在制作印刷电路板之前,我们应该先确定本次设计的设计目标。
两个。了解用于布局和布线的组件的功能要求
众所周知,一些特殊元件在布局上有特殊要求,如LOTI和APH使用的模拟信号放大器,要求电源稳定,纹波小。模拟小信号部分应尽可能远离电源设备。在OTI板上,小信号放大部分专门配有屏蔽罩,以屏蔽杂散电磁干扰。NTOI板上使用的GLINK芯片采用ECL工艺,消耗大量电能,产生大量热量。布局时必须特别考虑散热。如果采用自然散热,GLINK芯片应放置在空气流通顺畅的地方,散发的热量不会对其他芯片产生很大影响。如果板上安装了扬声器或其他大功率设备,可能会对电源造成严重污染,应引起足够的重视。
三.考虑组件布局
元件布局中首先要考虑的因素之一是电气性能。与连线密切相关的部件应尽可能放在一起,特别是对于一些高速线路,布局应尽可能短,电源信号和小信号装置应分开。在满足电路性能的前提下,还应考虑元件摆放整齐美观,便于测试。还应认真考虑电路板的机械尺寸和插座的位置。
高速系统中的接地传输延迟时间和互连线也是系统设计中首先要考虑的因素。信号线上的传输时间对整个系统速度有很大的影响,特别是对于高速ECL电路。虽然集成电路块本身的速度很高,但是通过使用公共互连线来增加延迟时间(延迟量大约为每30cm线路长度2纳秒),这可以大大降低系统速度。与移位寄存器一样,同步计数器是一个同步工作部件,最好放置在同一块板上,因为时钟信号到不同板的传输延迟时间不相等,这可能会使移位寄存器所有者出错。如果不能放在板上,从公共时钟源连到每个板的时钟线长度必须相等,其中同步是关键
第四,布线考虑
随着OTNI和star光纤网络设计的完成,未来将需要设计更多100MHz以上高速信号线的板。在这里,我们将介绍高速线路的一些基本概念。
1.传输线
印刷电路板上的任何“长”信号路径都可以被视为一种传输线。如果线路的传输延迟时间比信号的上升时间短得多,则信号上升期间产生的主反射将被淹没。过冲、反冲和振铃不再存在。对于目前大部分的金属氧化物半导体电路,由于上升时间与线路传输延迟时间的比值要大得多,所以走线长度可以用米来测量,而不会造成信号失真。对于快速逻辑电路,特别是超高速ECL集成电路,由于边缘速度快,如果没有其他措施,走线长度必须大大缩短,以保持信号的完整性。
有两种方法可以使高速电路在相对较长的线路上工作,而不会出现严重的波形失真。TTL采用肖特基二极管箝位法实现快速下降沿,使过冲被箝位在比地电位低一个二极管压降的水平,减小了齿隙幅度。缓慢的上升沿允许过冲,但在“高”电平状态下,电路相对较高的输出阻抗(50 ~ 80)会使其衰减。此外,由于“H”级国家的高度免疫力,回扣问题并不十分突出。对于HCT系列器件,如果采用肖特基二极管夹持和串联电阻端接,改善效果将更加明显。
当沿着信号线存在扇出时,上面介绍的TTL 整形方法在更高的比特率和更快的边缘速率下具有一些缺点。由于线路中存在反射波,它们往往以较高的比特率合成,这将导致严重的信号失真,降低抗干扰能力。因此,为了解决反射问题,在ECL系统中通常使用另一种方法:线路阻抗匹配法。这样,可以控制反射并保证信号的完整性。
严格地说,对于具有慢边缘速度的常规TTL和CMOS器件,不需要传输线,而对于具有快边缘速度的高速ECL器件,不总是需要传输线。然而,当使用传输线,时,它们具有预测连线的时延和通过阻抗匹配控制反射和振荡的优点。
决定是否采用传输线的基本因素有五个,它们是:(1)系统信号的边沿速率,(2)连线距离,(3)容性负载(扇出),(4)阻性负载(线路终端模式);(5)间隙和过冲的允许百分比(交流抗扰度的降低程度)。
2.几种类型的传输线
同轴电缆和双绞线:电缆通常用于系统之间的连接。同轴电缆的特性阻抗通常为50和75,双绞线电缆的特性阻抗通常为110。
(2)多氯联苯上的微带线
微带线是一个带状导体,通过电介质与接地层隔开。如果线的厚度、宽度和离地平面的距离是可控的,那么它的特征阻抗也是可控的。微带线的特征阻抗Z0是:
其中:[Er为印刷电路板介质材料的相对介电常数
6是介电层的厚度
w是线条的宽度
t是线条的粗细
单位长度微带线的传输延迟时间仅取决于介电常数,与线路的宽度或间隔无关。
(3)多氯联苯中的带状线
带状线是放置在两个导电平面之间的电介质中间的铜带线。如果导线的厚度和宽度、介质的介电常数以及两个导电平面之间的距离是可控的,那么导线的特征阻抗也是可控的,并且带状线的特征阻抗B是:
其中:B是两个接地板之间的距离
w是线条的宽度
t是线条的粗细
同样,单位长度带状线的传输延迟时间与线的宽度或间距无关。仅取决于所用介质的相对介电常数。
