技术
<p>作为一名合格的、优秀的PCB设计工程师，我们不仅要掌握高速PCB设计技能，还需要对其他相关知识有所了解，比如高速PCB材料的选择。这是因为，PCB材料的选择错误也会对高速数字电路的信号传输性能造成不良影响。</p>
<p>一般高速PCB材料要求如下：</p>
<p>1、低损耗、耐CAF/耐热性及机械韧（粘）性（可靠性好）</p>
<p>2、稳定的Dk/Df参数（随频率及环境变化系数小）</p>
<p>3、材料厚度及胶含量公差小（阻抗控制好）</p>
<p>4、低铜箔表面粗糙度（减小损耗）</p>
<p><strong>什么是MLCC</strong></p>
<p>片式多层陶瓷电容器 (Multi-layer Ceramic Capacitor 简称MLCC)是电子整机中主要的被动贴片元件之一，它诞生于上世纪60年代，最先由美国公司研制成功，后来在日本公司(如村田Murata、TDK、太阳诱电等)迅速发展及产业化，至今依然在全球MLCC领域保持优势，主要表现为生产出MLCC具有高可靠、高精度、高集成、高频率、智能化、低功耗、大容量、小型化和低成本等特点。</p>
<p>我们知道，在电路系统的各个子模块进行数据交换时可能会存在一些问题导致信号无法正常、高质量地“流通”。</p>
<p>例如有时电路子模块各自的工作时序有偏差(如CPU与外设)或者各自的信号类型不一致(如传感器检测光信号)等，这时我们应该考虑通过相应的接口方式来很好地处理这个问题。</p>
<p>下面就电路设计中7个常用的接口类型的关键点进行说明一下：</p>
<p><strong>1. 电 容 故 障</strong><br />
电容损坏引发的故障在电子设备中是最高的，其中尤其以电解电容的损坏最为常见。电容损坏表现为：容量变小、完全失去容量、漏电、短路。</p>
<p>电容在电路中所起的作用不同，引起的故障也各有特点：在工控电路板中，数字电路占绝大多数，电容多用做电源滤波，用做信号耦合和振荡电路的电容较少。用在开关电源中的电解电容如果损坏，则开关电源可能不起振，没有电压输出；</p>
<p>或者输出电压滤波不好，电路因电压不稳而发生逻辑混乱，表现为机器工作时好时坏或开不了机，如果电容并在数字电路的电源正负极之间，故障表现同上。</p>
<p>不要看一个小小的电感，它所蕴含的原理可谓是“浩如烟海”，电感涉及到了两门霸王学科电与磁，到现在为止真正把电与磁完全搞懂的人可以说是屈指可数。如果真要地毯式的讲电感的作用，我想7、8本书能把电感讲透都绝非易事。在这里笔者把电感最重要的、常用的几个作用介绍给大家。</p>
<p>电感器俗称电感，本质上是一个线圈，有空心线圈也有实心线圈，实心线圈有铁芯或者其它材料制成的芯，电感的单位是“H”，简称“亨”。此外，更小的单位是mH，uH，他们的换算方式为1H=1000mH=1000000uH。</p>
<p><strong>电感的常见作用</strong></p>
<p>▶ 阻交通直</p>
<p>“电感饱和”这个我一直听到的词汇竟然是如此陌生——我不知道它到底意味着什么，除了电流弯曲失真，烧坏器件这些表象，在物理上“饱和”到底是什么意思?</p>
<p>感值，耐温，饱和电流，尺寸，价格，这五个是我们电感选型的基本坐标系，当然我们还会考虑线圈和磁心的形态，磁材，安装焊接方式。选型过程中最恼火的无过于在数十个电感中找到合适的，却发现其中一个参数不满足要求，或者仅仅因为发生概率极低的峰值功率而导致的饱和电流不足而带来过大的设计裕量。</p>
<p><strong>感性的秘密</strong></p>
<p><strong>一、电源纹波的产生</strong></p>
<p>我们常见的电源有线性电源和开关电源，它们输出的直流电压是由交流电压经整流、滤波、稳压后得到的。由于滤波不干净，直流电平之上就会附着包含周期性与随机性成分的杂波信号，这就产生了纹波。在额定输出电压、电流的情况下，输出直流电压中的交流电压的峰值就是通常所说的纹波电压。纹波是一种复杂的杂波信号，它是围绕着输出的直流电压上下来回波动的周期性信号，但周期和振幅并不是定值，而是随着时间变化，并且不同电源的纹波波形也不一样。</p>
<p><strong>二、纹波的危害</strong></p>
<p>滤波，屏蔽，接地；众所周知是我们EMC设计的三大手法；其中接地设计是电子产品设计的一个重要问题！接地的目的如下：</p>
<p>A.接地可使我们的电路系统中的所有单元电路都有一个公共的参考0电位，也就是各个电路之间没有电位差，保证电路系统能稳定的工作；</p>
<p>B.防止外部的电磁干扰。比如机壳接地；为瞬态干扰（ESD）提供了泄放通道；也可使因静电感应而累积在机壳上的大量电荷通过大地泄放；如果电路有使用屏蔽罩或电路的屏蔽体，选择合适的接地，就能获得更好的屏蔽效果！</p>
<p>C.保证安全工作。当发生雷电（Surge）的电磁感应时，可避免电子设备损坏；</p>
<p>毫无疑问，布线是整个PCB设计中最重要、最费时的工序，直接影响着 PCB 板的性能好坏。作为一名合格的、优秀的PCB设计工程师，除了要把线布通外，更要满足其电气性能、让线整齐美观，而这需要工程师掌握一些布线技巧。</p>
<p><strong>走线长度</strong></p>
<p><strong>1. 使走线长度尽可能的短</strong></p>
<p>在 PCB 布线时，应该使走线长度尽可能的短，以减少由走线长度带来的干扰问题。</p>
<p>差分线是 PCB 设计中非常重要的一部分信号线，信号处理要求也是相当严谨，今天为大家介绍下差分信号的原理以及其在 PCB 设计中的处理方法。</p>
<p><strong>什么是差分信号</strong></p>
<p>差分传输是一种信号传输的技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相等，相位相差 180 度，极性相反。在这两根线上传输的信号就是差分信号。</p>
<p>1、如何选择PCB 板材？</p>
<p>选择PCB板材必须在满足设计需求和可量产性及成本中间取得平衡点。设计需求包含电气和机构这两部分。通常在设计非常高速的 PCB 板子(大于 GHz 的频率)时这材质问题会比较重要。</p>
<p>例如，现在常用的 FR-4 材质，在几个GHz 的频率时的介质损耗(dielectric loss)会对信号衰减有很大的影响，可能就不合用。就电气而言，要注意介电常数(dielectric constant)和介质损在所设计的频率是否合用。</p>
<p>2、如何避免高频干扰？</p>
<p>高速电路设计，工程师需要掌握哪些知识技能呢？下面以具体的七个技术面，为大家详细叙述一一解答：</p>
<p>1. 电源布局布线相关</p>
<p>2. 走线的弯曲方式</p>
<p>3. 信号的接近度</p>
<p>4. 走线stubs</p>
<p>5. 阻抗不连续</p>
<p>6. 等分信号</p>
<p>7. 等长</p>
<p><strong>1. 电源布局布线相关</strong></p>
<p>电阻有并联电路，电容也有并联电路。但是，由于电容的特性比电阻复杂得多，因此电容并联电路也比电阻并联电路复杂，这里的复杂是指电路分析的复杂和对电路工作原理理解的困难。</p>
<p>图1-42所示是电容并联电路，其形式与电阻并联电路一样。电路中的电容C1与C2并联。电容并联电路也有与电阻并联电路相同的特性，但由于电容本身的特性决定了这一电路也有它自己的一些特性。</p>
<p><em>作者：西电电子工程学院，文章来源：<a href="https://mp.weixin.qq.com/s/2QTz565QV-PUjGfkSfCzqg">EDA设计智汇馆</a></em></p…;
<p>根据市场研究人员的说法，当今有超过200亿个IoT设备，并且这个数字还在不断增长。我们无法想象没有智能手机和智能手表，以及其他所有都依赖于传感器信息的现代智能设备。</p>
<p><strong>什么是传感器? </strong> </p>
<p>它是连接到电子系统并检测周围环境变化的设备。重点是测量物理现象并将其解释为电信号。 </p>
<p>传感器具有几个关键属性，可以这样描述： </p>
<p>范围：是设备可以感知的现象的最小值到最大值 </p>
<p>敏感度：是影响输出信号的测量参数的最小变化 </p>
<p>旁路和去耦是指防止有用能量从一个电路传到另一个电路中，并改变噪声能量的传输路径，从而提高电源分配网络的品质。它有三个基本概念：电源、地平面，元件和内层的电源连接。</p>
<p>去耦是当器件进行高速开关时，把射频能量从高频器件的电源端泄放到电源分配网络。去耦电容也为器件和元件提供一个局部的直流源，这对减小电流在板上传播浪涌尖峰很有作用。</p>
<p>测试过程中，我们常遇到这样的情况：虽然设计工程师在设备电源线上接了电源滤波器，但是该设备还是不能通过＂传导骚扰电压发射＂测试，工程师怀疑滤波器的滤波效果不好，不断更换滤波器，仍不能得到理想的效果。</p>
<p>分析设备超标的原因，不外乎以下两个方面：</p>
<p>1、设备产生的骚扰太强<br />
2、设备的滤波不足</p>
<p>对于第一种情况，我们可以通过在骚扰源处采取措施，降低骚扰的强度，或者增加电源滤波器的阶数，提高滤波器对骚扰的抑制能力来解决。对于第二种情况，除了滤波器自身性能不好以外，滤波器的安装方式对它的性能影响也很大。这一点往往是被设计工程师忽视的。</p>
<p>在成功的电源设计中，电源布局是其中最重要的一个环节。但是，在如何做到这一点方面，每个人都有自己的观点和理由。事实是，很多不同的解决方案都是殊途同归；如果设计不是真的一团糟，多数电源都是可以正常工作的。</p>
<p>当然，这其中也有一些通用性规则，例如：</p>
<p>1、3点以上连线，尽量让线依次通过各点，便于测试，线尽量短</p>
<p>2、引脚之间尽量不要放线，特别是集成电路引脚之间和周围。</p>
<p>3、不同层之间的线尽量不要平行，以免形成实际上的电容。</p>
<p>4、布线尽量是直线，或45度折线，避免产生电磁辐射。</p>
<p>5、地线、电源线至少10-15mil以上（对逻辑电路）。</p>
<p>6、尽量让铺地线连在一起，增大接地面积。线与线之间尽量整齐。</p>
<p>在PCB设计过程中，电源平面的分割或者是地平面的分割，会导致平面的不完整，这样信号走线的时候，它的参考平面就会出现从一个电源面跨接到另一个电源面，这种现象我们就叫做信号跨分割。</p>
<p><img alt="跨分割现象示意图" data-entity-type="file" data-entity-uuid="abb56484-9957-4262-b801-1894cfba56e6" src="/sites/default/files/inline-images/01_76.png" /></p>
<p>跨分割现象示意图</p>
