PCB

PCB簡介

PCB板（Printedcircuitboard)是電子元器件的支撐體也是電子元器件電氣之間的連接提供者_它幾乎是一切電子產品的基礎設施_它除了固定各種小電子元器件的基本功能外_更主要的功能是提供上面各個電子元器件的相互連接.

隨著電子設備越來越復雜_需要的配件越來越多_從而導致PCB上面的線路與配件也越來越密集了.板子本身的基板是由絕緣隔熱、並不易彎曲的材質所制作成的_在表面可以看到的細小線路材料是銅箔_原本銅箔是覆蓋在整個板子上的_而在制造過程中部份被蝕刻處理掉_留下來的部份就變成網狀的細小線路了.這些線路被稱作導線（conductorpattern）或稱布線_並用來提供PCB上電子元器件的電路連接.

PCB板分類

PCB主要分類有：單面板、雙面板、多層板.

1、單面板（Single-SidedBoards）

最基本的PCB上_電子元器件都集中在其中一面_導線則集中在另一面上.因為導線只出現在其中一面_所以我們就稱這種PCB叫作單面板（Single-sided）.因為單面板在設計線路上有許多嚴格的限制_主要是：布線間不能交差而必須繞獨自的路徑_所以只有早期的電路才使用這類的板子_現在已經很少見到了.

2、雙面板（Double-SidedBoards）

這種電路板的兩面都有布線.不過要用上兩面的導線_必須要在兩面間有適當的電路連接才行.這種電路間的"橋梁"叫做導孔.導孔是在PCB上_充滿或塗上金屬的小洞_它可以與兩面的導線相連接.因為雙面板的面積比單面板大了一倍_而且因為布線可以互相交錯_它更適合用在比單面板更復雜的電路上.

3、多層板（Multi-LayerBoards）

為了增加可以布線的面積_多層板用上了更多單或雙面的布線板.多層板使用數片雙面板_並在每層板間放進一層絕緣層後黏牢.板子的層數就代表了有幾層獨立的布線層_通常層數都是偶數_並且包含最外側的兩層.大部分的主板都是4層的結構_但是因為PCB板中的各層都緊密結合_一般不太容易看出實際數目_不過如果您仔細觀察主板_也許可以看出來_但這種幾率不大.所以我們通常用來區分PCB板層數的方法是看它的厚度另外可以掂掂它的分量.

PCB作用

（一）系統感知進程的標識

（二）反映進程的動態特征

（三）常駐內存與進程對應

（四）進程控制塊將構成並發執行控制和維護系統工作的依據

PCB組成

（一）描述信息

1、進程名或進程標識號

2、用戶名或用戶標識號

3、家族關系–進程樹
 

（二）控制信息

1、當前狀態

2、優先級別

3、程序開始地址

4、計時信息

5、通信信息
 

（三）資源管理信息

1、占用內存大小及管理用數據結構指針

2、對換或覆蓋信息

3、共享程序段大小及起始地址

4、I/O設備相關信息

5、指向文件系統的指針及有關標識

（四）CPU現場保護區
 PCB使用技巧

1、元器件標號自動產生或已有的元器件標號取消重來

2、單面板設置

3、自動布線前設定好電源線加粗

4、PCB封裝更新_只要在原封裝上右鍵彈出窗口內的footprint改為新的封裝號

5、定位孔的放置

6、設置圖紙參數

7、元件旋轉:X鍵:使元件左右對調；Y鍵:使元件上下對調

8、元件屬性

9、元器件清單

10、原理圖電氣法則測試

PCB走線策略

布線（Layout）是PCB設計工程師最基本的工作技能之一.走線的好壞將直接影響到整個系統的性能_大多數高速的設計理論也要最終經過布線（Layout）得以實現並驗證_由此可見_布線在高速PCB設計中是至關重要的.下面將針對實際布線中可能遇到的一些情況_分析其合理性_並給出一些比較優化的走線策略.主要從直角走線_差分走線_蛇形線等三個方面來闡述.

A．直角走線

直角走線一般是PCB布線中要求盡量避免的情況_也幾乎成為衡量布線好壞的標准之一_？從原理上說_直角走線會使傳輸線的線寬發生變化_造成阻抗的不連續.其實不光是直角走線_頓角_銳角走線都可能會造成阻抗變化的情況.直角走線的對信號的影響就是主要體現在三個方面：

1.拐角可以等效為傳輸線上的容性負載_減緩上升時間.

2.阻抗不連續會造成信號的反射.

3.直角尖端產生的EMI.

B．差分走線

差分信號（DifferentialSignal）在高速電路設計中的應用越來越廣泛_電路中最關鍵的信號往往都要采用差分結構設計_就是驅動端發送兩個等值、反相的信號_接收端通過比較這兩個電壓的差值來判斷邏輯狀態"0"還是"1".而承載差分信號的那一對走線就稱為差分走線.差分信號和普通的單端信號走線相比_最明顯的優勢體現在以下三個方面：

1.抗干擾能力強_因為兩根差分走線之間的耦合很好_當外界存在噪聲干擾時_幾乎是同時被耦合到兩條線上_而接收端關心的只是兩信號的差值_所以外界的共模噪聲可以被完全抵消.

2.能有效抑制EMI_同樣的道理_由於兩根信號的極性相反_他們對外輻射的電磁場可以相互抵消_耦合的越緊密_洩放到外界的電磁能量越少.

3.時序定位精確_由於差分信號的開關變化是位於兩個信號的交點_而不像普通單端信號依靠高低兩個阈值電壓判斷_因而受工藝_溫度的影響小_能降低時序上的誤差_同時也更適合於低幅度信號的電路.
 

PCB差分信號誤區:

誤區一:認為差分信號不需要地平面作為回流路徑_或者認為差分走線彼此為對方提供回流途徑.造成這種誤區的原因是被表面現象迷惑_或者對高速信號傳輸的機理認識還不夠深入.因而差分電路對於類似地彈以及其它可能存在於電源和地平面上的噪音信號是不敏感的.

地平面的部分回流抵消並不代表差分電路就不以參考平面作為信號返回路徑_其實在信號回流分析上_差分走線和普通的單端走線的機理是一致的_即高頻信號總是沿著電感最小的回路進行回流_最大的區別在於差分線除了有對地的耦合之外_還存在相互之間的耦合_在PCB電路設計中_一般差分走線之間的耦合較小_往往只占10~20%的耦合度_更多的還是對地的耦合_所以差分走線的主要回流路徑還是存在於地平面.

當地平面發生不連續的時候_無參考平面的區域_差分走線之間的耦合才會提供主要的回流通路_盡管參考平面的不連續對差分走線的影響沒有對普通的單端走線來的嚴重_但還是會降低差分信號的質量_增加EMI_要盡量避免.也有些設計人員認為_可以去掉差分走線下方的參考平面_以抑制差分傳輸中的部分共模信號_不給共模信號提供地阻抗回路_勢必會造成EMI輻射_這種做法弊大於利.

誤區二：認為保持等間距比匹配線長更重要.在實際的PCB布線中_往往不能同時滿足差分設計的要求.由於管腳分布_過孔_以及走線空間等因素存在_必須通過適當的繞線才能達到線長匹配的目的_但帶來的結果必然是差分對的部分區域無法平行_對之間的耦合本身就不顯著_所以阻抗變化范圍也是很小的_通常在10%以內_只相當於一個過孔造成的反射_這對信號傳輸不會造成明顯的影響.

而線長一旦不匹配_除了時序上會發生偏移_還給差分信號中引入了共模的成分_降低信號的質量_增加了EMI.可以這麼說_PCB差分走線的設計中最重要的規則就是匹配線長_其它的規則都可以根據設計要求和實際應用進行靈活處理.

誤區三：認為差分走線一定要靠的很近.讓差分走線靠近無非是為了增強他們的耦合_既可以提高對噪聲的免疫力_還能充分利用磁場的相反極性來抵消對外界的電磁干擾.雖說這種做法在大多數情況下是非常有利的_但不是絕對的_如果能保證讓它們得到充分的屏蔽_不受外界干擾_那麼我們也就不需要再讓通過彼此的強耦合達到抗干擾和抑制EMI的目的了_增大與其它信號走線的間距是最基本的途徑之一_電磁場能量是隨著距離呈平方關系遞減的_一般線間距超過4倍線寬時_它們之間的干擾就極其微弱了_基本可以忽略.

此外_通過地平面的隔離也可以起到很好的屏蔽作用_這種結構在高頻的（10G以上）IC封裝PCB設計中經常會用采用_被稱為CPW結構_可以保證嚴格的差分阻抗控制（2Z0）_差分走線也可以走在不同的信號層中_但一般不建議這種走法_因為不同的層產生的諸如阻抗、過孔的差別會破壞差模傳輸的效果_引入共模噪聲.此外_如果相鄰兩層耦合不夠緊密的話_會降低差分走線抵抗噪聲的能力_但如果能保持和周圍走線適當的間距_串擾就不是個問題.

在一般頻率（GHz以下）_EMI也不會是很嚴重的問題_實驗表明_相距500Mils的差分走線_在3米之外的輻射能量衰減已經達到60dB_足以滿足FCC的電磁輻射標准_所以設計者根本不用過分擔心差分線耦合不夠而造成電磁不兼容問題.

C．蛇形線

主要目的就是為了調節延時_滿足系統時序設計要求.設計者首先要有這樣的認識：蛇形線會破壞信號質量_改變傳輸延時_布線時要盡量避免使用.但實際設計中_為了保證信號有足夠的保持時間_或者減小同組信號之間的時間偏移_往往不得不故意進行繞線.越大_則耦合程度也越大.可能會導致傳輸延時減小_以及由於串擾而大大降低信號的質量_其機理可以參考第三章對共模和差模串擾的分析.

 蛇形線建議：

1．盡量增加平行線段的距離_繞大彎走線_只要S足夠大_就幾乎能完全避免相互的耦合效應.

2．減小耦合長度Lp_當兩倍的Lp延時接近或超過信號上升時間時_產生的串擾將達到飽和.

3．帶狀線（Strip-Line）或者埋式微帶線（EmbeddedMicro-strip）的蛇形線引起的信號傳輸延時小於微帶走線（Micro-strip）.理論上_帶狀線不會因為差模串擾影響傳輸速率.

4．高速以及對時序要求較為嚴格的信號線_盡量不要走蛇形線_尤其不能在小范圍內蜿蜒走線.

5．可以經常采用任意角度的蛇形走線_如圖1-8-20中的C結構_能有效的減少相互間的耦合.

6．高速PCB設計中_蛇形線沒有所謂濾波或抗干擾的能力_只可能降低信號質量_所以只作時序匹配之用而無其它目的.

7．有時可以考慮螺旋走線的方式進行繞線_仿真表明_其效果要優於正常的蛇形走線.