高速PCB设计指南之三.docx
- 文档编号:26521591
- 上传时间:2023-06-20
- 格式:DOCX
- 页数:18
- 大小:92.19KB
高速PCB设计指南之三.docx
《高速PCB设计指南之三.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高速PCB设计指南之三.docx(18页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
高速PCB设计指南之三
高速PCB设计指南之三
第一篇改进电路设计规程提高可测试性
随着微型化程度不断提高,元件和布线技术也取得庞大进展,例如BGA外壳封装的高集成度的微型IC,以及导体之间的绝缘间距缩小到0.5mm,这些仅是其中的两个例子。
电子元件的布线设计方式,对以后制作流程中的测试能否专门好进行,阻碍越来越大。
下面介绍几种重要规那么及有用提示。
通过遵守一定的规程〔DFT-DesignforTestability,可测试的设计〕,能够大大减少生产测试的预备和实施费用。
这些规程差不多过多年进展,因此,假设采纳新的生产技术和元件技术,它们也要相应的扩展和适应。
随着电子产品结构尺寸越来越小,目前显现了两个专门引人注目的问题:
一是可接触的电路节点越来越少;二是像在线测试〔In-Circuit-Test〕这些方法的应用受到限制。
为了解决这些问题,能够在电路布局上采取相应的措施,采纳新的测试方法和采纳创新性适配器解决方案。
第二个问题的解决还涉及到使原先作为独立工序使用的测试系统承担附加任务。
这些任务包括通过测试系统对储备器组件进行编程或者实行集成化的元器件自测试〔Built-inSelfTest,BIST,内建的自测试〕。
将这些步骤转移到测试系统中去,总起来看,依旧制造了更多的附加价值。
为了顺利地实施这些措施,在产品科研开发时期,就必须有相应的考虑。
1、什么是可测试性
可测试性的意义可明白得为:
测试工程师能够用尽可能简单的方法来检测某种元件的特性,看它能否满足预期的功能。
简单地讲确实是:
l 检测产品是否符合技术规范的方法简单化到什么程度?
l 编制测试程序能快到什么程度?
l 发觉产品故障全面化到什么程度?
l 接入测试点的方法简单化到什么程度?
为了达到良好的可测试必须考虑机械方面和电气方面的设计规程。
因此,要达到最正确的可测试性,需要付出一定代价,但对整个工艺流程来说,它具有一系列的好处,因此是产品能否成功生产的重要前提。
2、什么缘故要进展测试友好技术
过去,假设某一产品在上一测试点不能测试,那么那个问题就被简单地推移到直一个测试点上去。
假如产品缺陷在生产测试中不能发觉,那么此缺陷的识别与诊断也会简单地被推移到功能和系统测试中去。
相反地,今天人们试图尽可能提早发觉缺陷,它的好处不仅仅是成本低,更重要的是今天的产品专门复杂,某些制造缺陷在功能测试中可能全然检查不出来。
例如某些要预先装软件或编程的元件,就存在如此的问题。
〔如快闪储备器或ISPs:
In-SystemProgrammableDevices系统内可编程器件〕。
这些元件的编程必须在研制开发时期就打算好,而测试系统也必须把握这种编程。
测试友好的电路设计要费一些钱,然而,测试困难的电路设计费的钱会更多。
测试本身是有成本的,测试成本随着测试级数的增加而加大;从在线测试到功能测试以及系统测试,测试费用越来越大。
假如跃过其中一项测试,所耗费用甚至会更大。
一样的规那么是每增加一级测试费用的增加系数是10倍。
通过测试友好的电路设计,能够及早发觉故障,从而使测试友好的电路设计所费的钱迅速地得到补偿。
3、文件资料如何样阻碍可测试性
只有充分利用元件开发中完整的数据资料,才有可能编制出能全面发觉故障的测试程序。
在许多情形下,开发部门和测试部门之间的紧密合作是必要的。
文件资料对测试工程师了解元件功能,制定测试战略,有无可争议的阻碍。
为了绕开缺乏文件和不甚了解元件功能所产生的问题,测试系统制造商能够依靠软件工具,这些工具按照随机原那么自动产生测试模式,或者依靠非矢量相比,非矢量方法只能算作一种权宜的解决方法。
测试前的完整的文件资料包括零件表,电路设计图数据〔要紧是CAD数据〕以及有关务元件功能的详细资料〔如数据表〕。
只有把握了所有信息,才可能编制测试矢量,定义元件失效样式或进行一定的预调整。
某些机械方面的数据也是重要的,例如那些为了检查组件的焊接是否良好及定位是否所需要的数据。
最后,关于可编程的元件,如快闪储备器,PLD、FPGA等,假如不是在最后安装时才编程,是在测试系统上就应编好程序的话,也必须明白各自的编程数据。
快闪元件的编程数据应完整无缺。
如快闪芯片含16Mbit的数据,就应该能够用到16Mbit,如此能够防止误解和幸免地址冲突。
例如,假如用一个4Mbit储备器向一个元件仅仅提供300Kbit数据,就可能显现这种情形。
因此数据应预备成流行的标准格式,如Intel公司的Hex或Motorola公司的S记录结构等。
大多数测试系统,只要能够对快闪或ISP元件进行编程,是能够解读这些格式的。
前面所提到的许多信息,其中许多也是元件制造所必须的。
因此,在可制造性和可测试性之间应明确区别,因为这是完全不同的概念,从而构成不同的前提。
4、良好的可测试性的机械接触条件
假如不考虑机械方面的差不多规那么,即使在电气方面具有专门良好的可测试性的电路,也可能难以测试。
许多因素会限制电气的可测试性。
假如测试点不够或太小,探针床适配器就难以接触到电路的每个节点。
假如测试点位置误差和尺寸误差太大,就会产生测试重复性不行的问题。
在使用探针床配器时,应留意一系列有关套牢孔与测试点的大小和定位的建议。
5、最正确可测试性的电气前提条件
电气前提条件对良好的可测试性,和机械接触条件一样重要,两者缺一不可。
一个门电路不能进行测试,缘故可能是无法通过测试点接触到启动输入端,也可能是启动输入端处在封装壳内,外部无法接触,在原那么上这两情形同样差不多上不行的,都使测试无法进行。
在设计电路时应该注意,凡是要用在线测试法检测的元件,都应该具备某种机理,使各个元件能够在电气上绝缘起来。
这种机理能够借助于禁止输入端来实现,它能够将元件的输出端操纵在静态的高欧姆状态。
尽管几乎所有的测试系统都能够逆驱动〔Backdriving〕方式将某一节点的状态带到任意状态,然而所涉及的节点最好依旧要备有禁止输入端,第一将此节点带到高欧姆状态,然后再〝平缓地〞加上相应的电平。
同样,节拍发生器总是通过启动引线,门电路或插接电桥从振荡器后面直截了当断开。
启动输入端决不可直截了当与电路相连,而是通过100欧姆的电阻与电路连接。
每个元件应有自己的启动,复位或操纵引线脚。
必须幸免许多元件的启动输入端共用一个电阻与电路相连。
这条规那么关于ASIC元件也适用,这些元件也应有一个引线脚,通过它,可将输出端带到高欧姆状态。
假如元件在接通工作电压时可实行复位,这关于由测试器来引发复位也是专门有关心的。
在这种情形下,元件在测试前就能够简单地置于规定的状态。
不用的元件引线脚同样也应该是可接触的,因为在这些地点未发觉的短路也可能造成元件故障。
此外,不用的门电路往往在以后会被利用于设计改进,它们可能会改接到电路中来。
因此同样重要的是,它们从一开始就应通过测试,以保证其工件可靠。
6、改进可测试性
使用探针床适配器时,改进可测试性的建议
套牢孔
l 呈对角线配置
l 定位精度为±0.05mm〔±2mil〕
l 直径精度为±0.076/-0mm〔+3/-0mil〕
l 相关于测试点的定位精度为±0.05mm〔±2mil〕
l 离开元件边缘距离至少为3mm
l 不可穿通接触
测试点
l 尽可能为正方形
l 测试点直径至少为0.88mm〔35mil〕
l 测试点大小精度为±0.076mm〔±3mil〕
l 测试点之间间隔精度为±0.076mm〔±3mil〕
l 测试点间隔尽可能为2.5mm
l 镀锡,端面可直截了当焊接
l 距离元件边缘至少为3mm
l 所有测试点应可能处于插件板的背面
l 测试点应平均布在插件板上
l 每个节点至少有一个测试点〔100%通道〕
l 备用或不用的门电路都有测试点
l 供电电源的多外测试点分布在不同位置
元件标志
l 标志文字同一方向
l 型号、版本、系列号及条形码明确标识
l 元件名称要清晰可见,且尽可能直截了当标在元件近旁
7、关于快闪储备器和其它可编程元件
快闪储备器的编程时刻有时会专门长〔关于大的储备器或储备器组可达1分钟〕。
因此,现在不容许有其它元件的逆驱动,否那么快闪储备器可能会受到损害。
为了幸免这种情形,必须将所有与地址总线的操纵线相连的元件置于高欧姆状态。
同样,数据总线也必须能够被置于隔绝状态,以确保快闪储备器为空载,并可进行下步编程。
系统内可编程元件〔ISP〕有一些要求,如Altera,XilinX和Lattuce等公司的产品,还有其它一些专门要求。
除了可测试性的机械和电气前提条件应得到保证外,还要保证具有编程和确证数据的可能性。
关于Altera和Xilinx元件,使用了连串矢量格式〔SerialVectorFormatSVF〕,这种格式近期几乎已进展成为工业标准。
许多测试系统能够对这类元件编程,并将连串矢量格式〔SVF〕内的输入数据用于测试信号发生器。
通过边界扫描键〔Boundary-Scan-KetteJTAG〕对这些元件编程,也将连串数据格式编程。
在聚拢编程数据时,重要的是应考虑到电路中全部的元件链,不应将数据仅仅还原给要编程的元件。
编程时,自动测试信号发生器考虑到整个的元件链,并将其它元件接入旁路模型中。
相反,Lattice公司要求用JEDEC格式的数据,并通过通常的输入端和输出端并行编程。
编程后,数据还要用于检查元件功能。
开发部门提供的数据应尽可能地便于测试系统直截了当应用,或者通过简单转换便可应用。
8、关于边界扫描〔JTAG〕应注意什么
由基于复杂元件组成精细网格的组件,给测试工程师只提供专门少的可接触的测试点。
现在也仍旧可能提高可测试性。
对此可使用边界扫描和集成自测试技术来缩短测试完成时刻和提高测试成效。
关于开发工程师和测试工程师来说,建立在边界扫描和集成自测试技术基础上的测试战略确信会增加费用。
开发工程师必定要在电路中使用的边界扫描元件〔IEEE-1149.1-标准〕,同时要设法使相应的具体的测试引线脚能够接触〔如测试数据输入-TDI,测试数据输出-TDO,测试钟频-TCK和测试模式选择-TMS以及ggf.测试复位〕。
测试工程师给元件制定一个边界扫描模型〔BSDL-边界扫描描述语言〕。
现在他必须明白,有关元件支持何种边界扫描功能和指令。
边界扫描测试能够诊断直至引线级的短路和断路。
除此之外,假如开发工程师已作规定,能够通过边界扫描指令〝RunBIST〞来触发元件的自动测试。
专门是当电路中有许多ASICs和其它复杂元件时,关于这些元件并不存在惯常的测试模型,通过边界扫描元件,能够大大减少制定测试模型的费用。
时刻和成本降低的程度关于每个元件差不多上不同的。
关于一个有IC的电路,假如需要100%发觉,大约需要40万个测试矢量,通过使用边界扫描,在同样的故障发觉率下,测试矢量的数目能够减少到数百个。
因此,在没有测试模型,或接触电路的节点受到限制的条件下,边界扫描方法具有专门的优越性。
是否要采纳边界扫描,是取决于开发利用和制造过程中增加的成本费用。
衽边界扫描必须和要求发觉故障的时刻,测试时刻,进入市场的时刻,适配器成本进行权衡,并尽可能节约。
在许多情形下,将传统的在线测试方法和边界扫描方法混合盐业的方案是最正确的解决方式
第二篇混合信号PCB的分区设计
摘要:
混合信号电路PCB的设计专门复杂,元器件的布局、布线以及电源和地线的处理将直截了当阻碍到电路性能和电磁兼容性能。
本文介绍的地和电源的分区设计能优化混合信号电路的性能。
如何降低数字信号和模拟信号间的相互干扰呢?
在设计之前必须了解电磁兼容(EMC)的两个差不多原那么:
第一个原那么是尽可能减小电流环路的面积;第二个原那么是系统只采纳一个参考面。
相反,假如系统存在两个参考面,就可能形成一个偶极天线(注:
小型偶极天线的辐射大小与线的长度、流过的电流大小以及频率成正比);而假如信号不能通过尽可能小的环路返回,就可能形成一个大的环状天线(注:
小型环状天线的辐射大小与环路面积、流过环路的电流大小以及频率的平方成正比)。
在设计中要尽可能幸免这两种情形。
有人建议将混合信号电路板上的数字地和模拟地分割开,如此能实现数字地和模拟地之间的隔离。
尽管这种方法可行,然而存在专门多潜在的问题,在复杂的大型系统中问题专门突出。
最关键的问题是不能跨过分割间隙布线,一旦跨过了分割间隙布线,电磁辐射和信号串扰都会急剧增加。
在PCB设计中最常见的问题确实是信号线跨过分割地或电源而产生EMI问题。
如图1所示,我们采纳上述分割方法,而且信号线跨过了两个地之间的间隙,信号电流的返回路径是什么呢?
假定被分割的两个地在某处连接在一起(通常情形下是在某个位置单点连接),在这种情形下,地电流将会形成一个大的环路。
流经大环路的高频电流会产生辐射和专门高的地电感,假如流过大环路的是低电平模拟电流,该电流专门容易受到外部信号干扰。
最糟糕的是当把分割地在电源处连接在一起时,将形成一个专门大的电流环路。
另外,模拟地和数字地通过一个长导线连接在一起会构成偶极天线。
了解电流回流到地的路径和方式是优化混合信号电路板设计的关键。
许多设计工程师仅仅考虑信号电流从哪儿流过,而忽略了电流的具体路径。
假如必须对地线层进行分割,而且必须通过分割之间的间隙布线,能够先在被分割的地之间进行单点连接,形成两个地之间的连接桥,然后通过该连接桥布线。
如此,在每一个信号线的下方都能够提供一个直截了当的电流回流路径,从而使形成的环路面积专门小。
采纳光隔离器件或变压器也能实现信号跨过分割间隙。
关于前者,跨过分割间隙的是光信号;在采纳变压器的情形下,跨过分割间隙的是磁场。
还有一种可行的方法是采纳差分信号:
信号从一条线流入从另外一条信号线返回,这种情形下,不需要地作为回流路径。
要深入探讨数字信号对模拟信号的干扰必须先了解高频电流的特性。
高频电流总是选择阻抗最小(电感最低),直截了当位于信号下方的路径,因此返回电流会流过邻近的电路层,而不管那个临近层是电源层依旧地线层。
在实际工作中一样倾向于使用统一地,而将PCB分区为模拟部分和数字部分。
模拟信号在电路板所有层的模拟区内布线,而数字信号在数字电路区内布线。
在这种情形下,数字信号返回电流可不能流入到模拟信号的地。
只有将数字信号布线在电路板的模拟部分之上或者将模拟信号布线在电路板的数字部分之上时,才会显现数字信号对模拟信号的干扰。
显现这种问题并不是因为没有分割地,真正的缘故是数字信号的布线不适当。
PCB设计采纳统一地,通过数字电路和模拟电路分区以及合适的信号布线,通常能够解决一些比较困难的布局布线问题,同时也可不能产生因地分割带来的一些潜在的苦恼。
在这种情形下,元器件的布局和分区就成为决定设计优劣的关键。
假如布局布线合理,数字地电流将限制在电路板的数字部分,可不能干扰模拟信号。
关于如此的布线必须认真地检查和核对,要保证百分之百遵守布线规那么。
否那么,一条信号线走线不当就会完全破坏一个本来专门不错的电路板。
在将A/D转换器的模拟地和数字地管脚连接在一起时,大多数的A/D转换器厂商会建议:
将AGND和DGND管脚通过最短的引线连接到同一个低阻抗的地上(注:
因为大多数A/D转换器芯片内部没有将模拟地和数字地连接在一起,必须通过外部管脚实现模拟和数字地的连接),任何与DGND连接的外部阻抗都会通过寄生电容将更多的数字噪声耦合到IC内部的模拟电路上。
按照那个建议,需要把A/D转换器的AGND和DGND管脚都连接到模拟地上,但这种方法会产生诸如数字信号去耦电容的接地端应该接到模拟地依旧数字地的问题。
假如系统仅有一个A/D转换器,上面的问题就专门容易解决。
如图3
中所示,将地分割开,在A/D转换器下面把模拟地和数字地部分连接在一起。
采取该方法时,必须保证两个地之间的连接桥宽度与IC等宽,同时任何信号线都不能跨过分割间隙。
假如系统中A/D转换器较多,例如10个A/D转换器如何样连接呢?
假如在每一个A/D转换器的下面都将模拟地和数字地连接在一起,那么产生多点相连,模拟地和数字地之间的隔离就毫无意义。
而假如不如此连接,就违反了厂商的要求。
最好的方法是开始时就用统一地。
如图4
所示,将统一的地分为模拟部分和数字部分。
如此的布局布线既满足了IC器件厂商对模拟地和数字地管脚低阻抗连接的要求,同时又可不能形成环路天线或偶极天线而产生EMC问题。
假如对混合信号PCB设计采纳统一地的做法心存疑虑,能够采纳地线层分割的方法对整个电路板布局布线,在设计时注意尽量使电路板在后边实验时易于用间距小于1/2英寸的跳线或0欧姆电阻将分割地连接在一起。
注意分区和布线,确保在所有的层上没有数字信号线位于模拟部分之上,也没有任何模拟信号线位于数字部分之上。
而且,任何信号线都不能跨过地间隙或是分割电源之间的间隙。
要测试该电路板的功能和EMC性能,然后将两个地通过0欧姆电阻或跳线连接在一起,重新测试该电路板的功能和EMC性能。
比较测试结果,会发觉几乎在所有的情形下,统一地的方案在功能和EMC性能方面比分割地更优越。
#分割地的方法还有用吗?
在以下三种情形能够用到这种方法:
一些医疗设备要求在与病人连接的电路和系统之间的漏电流专门低;一些工业过程操纵设备的输出可能连接到噪声专门大而且功率高的机电设备上;另外一种情形确实是在PCB的布局受到特定限制时。
在混合信号PCB板上通常有独立的数字和模拟电源,能够而且应该采纳分割电源面。
然而紧邻电源层的信号线不能跨过电源之间的间隙,而所有跨过该间隙的信号线都必须位于紧邻大面积地的电路层上。
在有些情形下,将模拟电源以PCB连接线而不是一个面来设计能够幸免电源面的分割问题。
#混合信号PCB设计是一个复杂的过程,设计过程要注意以下几点:
1.将PCB分区为独立的模拟部分和数字部分。
2.合适的元器件布局。
3.A/D转换器跨分区放置。
4.不要对地进行分割。
在电路板的模拟部分和数字部分下面敷设统一地。
5.在电路板的所有层中,数字信号只能在电路板的数字部分布线。
6.在电路板的所有层中,模拟信号只能在电路板的模拟部分布线。
7.实现模拟和数字电源分割。
8.布线不能跨过分割电源面之间的间隙。
9.必须跨过分割电源之间间隙的信号线要位于紧邻大面积地的布线层上。
10.分析返回地电流实际流过的路径和方式。
11.采纳正确的布线规那么。
欲知更多信息请查询:
sigcon、ultracad和hottconsultants。
第三篇蛇形走线有什么作用?
请问各路大侠,蛇形走线有什么作用?
什么缘故要蛇形走线?
哪些类信号线需要蛇形走线,假如要进行蛇形布线,需要满足什么规那么和注意什么问题?
烦
劳大侠们指点一下.
RE:
蛇形走线有什么作用?
-北京/vhdl回复于2000-9-159:
11:
00
>>电感作用
视情形而定,比如PCI板上的蛇行线确实是为了适应PCI33MHzClock的线长要求
RE:
蛇形走线有什么作用?
-深圳/jack回复于2000-9-1512:
04:
00
关于蛇形走线,因为应用场合不同具不同的作用,假如蛇形走线在电脑板中显现,其要紧起到一个滤波电感的作用,提高电路的抗干扰能力,假设在一样一般PCB板中,除了具有滤波电感的作用外,还可作为收音机天线的电感线圈等等.
RE:
蛇形走线有什么作用?
-Shanghai/clgoal回复于2000-9-1513:
14:
00
电脑主机板中的蛇形走线,要紧用在一些时钟信号中,如PCIClk,AGPClk,它的作用有两点:
1、阻抗匹配2、滤波电感。
对一些重要信号,如INTELHUB架构中的HUBLink,一共13根,跑233MHz,要求必须严格等长,以排除时滞造成的隐患,绕线是唯独的解决方法。
一样来讲,蛇形走线的线距>=2倍的线宽。
RE:
蛇形走线有什么作用?
-beijing/free回复于2000-10-1612:
24:
00
等长布线,专门是在高频电路中的数据线。
RE:
蛇形走线有什么作用?
-广西北海/chenshu2000回复于2000-10-199:
18:
00
有没有运算蛇形线电感量的公式或体会值?
RE:
蛇形走线有什么作用?
-北京/fangll回复于2000-10-2221:
56:
00
specctra能够编程设定网络走线的阻抗匹配规那么和差分线走线规那么
关内心面讲了一些一样的设计原那么
RE:
蛇形走线有什么作用?
-大连/nkhare回复于2001-2-1520:
07:
00
有时也兼作电阻作用。
RE:
蛇形走线有什么作用?
-jinan/wwx回复于2001-2-1522:
51:
00
实际是一个分布参数的LC滤波器。
RE:
蛇形走线有什么作用?
-广州/anrey回复于2001-2-1611:
04:
00
滤波
RE:
蛇形走线有什么作用?
-珠海/liangby回复于2001-2-1611:
44:
00
等长线。
平横分布参数
RE:
蛇形走线有什么作用?
-珠海/bigcat回复于2001-2-1620:
36:
00
高速数字PCB板的等线长是为了使各信号的延迟差保持在一个范畴内,保证系统在同一周期内读取的数据的有效性(延迟差超过一个时钟周期时会错读下一周期的数据),一样要求延迟差不超过1/4时钟周期,单位长度的线延迟差也是固定的,延迟跟线宽,线长,铜厚,板层结构有关,但线过长会增大分布电容和分布电感,使信号质量,因现在钟IC引脚一样都接RC端接,但蛇形走线并非起电感的作用,相反的,电感会使信号中的上升元中的高次谐波相移,造成信号质量恶化,因此要求蛇形线间距最少是线宽的两倍,信号的上升时刻越小就越易受分布电容和分布电感的阻碍.
RE:
蛇形走线有什么作用?
-北京/BITLEFT回复于2001-6-209:
59:
00
蛇行走线应该注意什么问题?
假如,走得不行,对pcb板的抗干扰能力是不是不能好转,反而会有恶化作用?
RE:
蛇形走线有什么作用?
-GuangZhou/yxlian回复于2001-6-2011:
19:
00
简单地说,PCB上的任何一条走线在通过高频信号的情形下都会对该信号造成时延时,蛇形走线的要紧作用是补偿〝同一组相关〞信号线中延时较小的部分,这些部分通常是没有或比其它信号少通过另外的逻辑处理;最典型的确实是时钟线,通常它不需通过任何其它逻辑处理,因而其延时会小于其它相关信号。
14:
44:
00
哈,在微波电路中,大多蛇行线是为了减小PCB的面积!
——因为线长有严格限制。
RE:
蛇形走线有什么作用?
-珠海/bigcat回复于2001-6-2019:
14:
00
等线长的蛇形走线没有任何抗干扰的功能,它的作用是将有时序要求的总线或时钟线的延迟操纵在所要求的范畴内,至于要求假如可不能算也可从DATASHEET上得到,一样有时序要求的都会给出线长匹配的数据;在走线时一样遵循3W法那么〔绕线的间距要两倍于线宽〕,如此可排除线间78%的互感,尽
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高速 PCB 设计 指南