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做好一塊PCB板要注意的五個問題

文章來源:電子發燒友作者:龔愛清 上手機閱讀
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人氣:1363發布日期 :2016-06-23 09:16【

        有兩種方法能使高速PCB電路在相對長的線上工作而無嚴重的波形失真,TTL對快速下降邊沿采用肖特基二極管箝位方法,使過沖量被箝制在比地電位低一個二極管壓降的電平上,這就減少了后面的反沖幅度,較慢的上升邊緣允許有過沖,但它被在電平“H”狀態下電路的相對高的輸出阻抗(50~80Ω)所衰減。此外,由于電平“H”狀態的抗擾度較大,使反沖問題并不十分突出,對HCT系列的器件,若采用肖特基二極管箝位和串聯電阻端接方法相結合,其改善的效果將會更加明顯。

        當沿信號線有扇出時,在較高的位速率和較快的邊沿速率下,上述介紹的TTL整形方法顯得有些不足。因為線中存在著反射波,它們在高位速率下將趨于合成,從而引起信號嚴重失真和抗干擾能力降低。因此,為了解決反射問題,在ECL系統中通常使用另外一種方法:線阻抗匹配法。用這種方法能使反射受到控制,信號的完整性得到保證。

        嚴格他說,對于有較慢邊沿速度的常規TTL和CMOS器件來說,傳輸線并不是十分需要的。對有較快邊沿速度的高速ECL器件,傳輸線也不總是需要的。但是當使用傳輸線時,它們具有能預測連線時延和通過阻抗匹配來控制反射和振蕩的優點。

        1.決定是否采用傳輸線的基本因素有以下五個。它們是:(1)系統信號的沿速率,(2)連線距離,(3)容性負載(扇出的多少),(4)電阻性負載(線的端接方式);(5)允許的反沖和過沖百分比(交流抗擾度的降低程度)。

        2.傳輸線的幾種類型

        (1)同軸電纜和雙絞線:它們經常用在系統與系統之間的連接。同軸電纜的特性阻抗通常有50Ω和75Ω,雙絞線通常為110Ω。

        (2)PCB上的微帶線

        微帶線是一根帶狀導(信號線).與地平面之間用一種電介質隔離開。如果線的厚度、寬度以及與地平面之間的距離是可控制的,則它的特性阻抗也是可以控制的。微帶線的特性阻抗Z0為:

        式中:Er為印制板介質材料的相對介電常數

        6為介電質層的厚度

        W為線的寬度

        t為線的厚度

        單位長度微帶線的傳輸延遲時間,僅僅取決于介電常數而與線的寬度或間隔無關。

        (3)PCB中的帶狀線

        帶狀線是一條置于兩層導電平面之間的電介質中間的銅帶線。如果線的厚度和寬度、介質的介電常數以及兩層導電平面間的距離是可控的,那么線的特性阻抗也是可控的,帶狀線的特性阻抗乙為:

        式中:b是兩塊地線板間的距離

        W為線的寬度

        t為線的厚度

        同樣,單位長度帶狀線的傳輸延遲時間與線的寬度或間距是無關的;僅取決于所用介質的相對介電常數。

        3.端接傳輸線

        在一條線的接收端用一個與線特性阻抗相等的電阻端接,則稱該傳輸線為并聯端接線。它主要是為了獲得最好的電性能,包括驅動分布負載而采用的。

        有時為了節省電源消耗,對端接的電阻上再串接一個104電容形成交流端接電路,它能有效地降低直流損耗。

        在驅動器和傳輸線之間串接一個電阻,而線的終端不再接端接電阻,這種端接方法稱之為串聯端接。較長線上的過沖和振鈴可用串聯阻尼或串聯端接技術來控制。串聯阻尼是利用一個與驅動門輸出端串聯的小電阻(一般為10~75Ω)來實現的。這種阻尼方法適合與特性阻抗來受控制的線相聯用(如底板布線,無地平面的電路板和大多數繞接線等。

        串聯端接時串聯電阻的值與電路(驅動門)輸出阻抗之和等于傳輸線的特性阻抗。串聯聯端接線存在著只能在終端使用集總負載和傳輸延遲時間較長的缺點。但是,這可以通過使用多余串聯端接傳輸線的方法加以克服。

        4.非端接傳輸線

        如果線延遲時間比信號上升時間短得多,可以在不用串聯端接或并聯端接的情況下使用傳輸線,如果一根非端接線的雙程延遲(信號在傳輸線上往返一次的時間)比脈沖信號的上升時間短,那么由于非端接所引起的反沖大約是邏輯擺幅的15%。最大開路線長度近似為:

        Lmax<tr/2tpd

        式中:tr為上升時間

        tpd為單位線長的傳輸延遲時間

        5.幾種端接方式的比較

        并聯端接線和串聯端接線都各有優點,究竟用哪一種,還是兩種都用,這要看設計者的愛好和系統的要求而定。

        并聯端接線的主要優點是系統速度快和信號在線上傳輸完整無失真。長線上的負載既不會影響驅動長線的驅動門的傳輸延遲時間,又不會影響它的信號邊沿速度,但將使信號沿該長線的傳輸延遲時間增大。在驅動大扇出時,負載可經分支短線沿線分布,而不象串聯端接中那樣必須把負載集總在線的終端。

        串聯端接方法使電路有驅動幾條平行負載線的能力,串聯端接線由于容性負載所引起的延遲時間增量約比相應并聯端接線的大一倍,而短線則因容性負載使邊沿速度放慢和驅動門延遲時間增大,但是,串聯端接線的串擾比并聯端接線的要小,其主要原因是沿串聯端接線傳送的信號幅度僅僅是二分之一的邏輯擺幅,因而開關電流也只有并聯端接的開關電流的一半,信號能量小串擾也就小。

        五、PCB板的布線技術

        做PCB時是選用雙面板還是多層板,要看最高工作頻率和電路系統的復雜程度以及對組裝密度的要求來決定。在時鐘頻率超過200MHZ時最好選用多層板。如果工作頻率超過350MHz,最好選用以聚四氟乙烯作為介質層的印制電路板,因為它的高頻衰耗要小些,寄生電容要小些,傳輸速度要快些,還由于Z0較大而省功耗,對印制電路板的走線有如下原則要求

        (1)所有平行信號線之間要盡量留有較大的間隔,以減少串擾。如果有兩條相距較近的信號線,最好在兩線之間走一條接地線,這樣可以起到屏蔽作用。

        (2)設計信號傳輸線時要避免急拐彎,以防傳輸線特性阻抗的突變而產生反射,要盡量設計成具有一定尺寸的均勻的圓弧線。

        (3)印制線的寬度可根據上述微帶線和帶狀線的特性阻抗計算公式計算,印制電路板上的微帶線的特性阻抗一般在50~120Ω之間。要想得到大的特性阻抗,線寬必須做得很窄。但很細的線條又不容易制作。綜合各種因素考慮,一般選擇68Ω左右的阻抗值比較合適,因為選擇68Ω的特性阻抗,可以在延遲時間和功耗之間達到最佳平衡。一條50Ω的傳輸線將消耗更多的功率;較大的阻抗固然可以使消耗功率減少,但會使傳輸延遲時間憎大。由于負線電容會造成傳輸延遲時間的增大和特性阻抗的降低。但特性阻抗很低的線段單位長度的本征電容比較大,所以傳輸延遲時間及特性阻抗受負載電容的影響較小。具有適當端接的傳輸線的一個重要特征是,分枝短線對線延遲時間應沒有什么影響。當Z0為50Ω時。分枝短線的長度必須限制在2.5cm以內.以免出現很大的振鈴。

        (4)對于雙面板(或六層板中走四層線).電路板兩面的線要互相垂直,以防止互相感應產主串擾。

        (5)印制板上若裝有大電流器件,如繼電器、指示燈、喇叭等,它們的地線最好要分開單獨走,以減少地線上的噪聲,這些大電流器件的地線應連到插件板和背板上的一個獨立的地總線上去,而且這些獨立的地線還應該與整個系統的接地點相連接。

        (6)如果板上有小信號放大器,則放大前的弱信號線要遠離強信號線,而且走線要盡可能地短,如有可能還要用地線對其進行屏蔽。

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