在高速設(shè)計中，可控阻抗板和線路的特性阻抗問題困擾著許多中國工程師。本文通過簡單而且直觀的方法介紹了特性阻抗的基本性質(zhì)、計算和測量方法。在高速設(shè)計中，可控阻抗板和線路的特性阻抗是最重要和最普遍的問題之一。首先了解一下傳輸線的定義：傳輸線由兩個具有一定長度的導(dǎo)體組成，一個導(dǎo)體用來發(fā)送信號，另一個用來接收信號(切記“回路”取代“地”的概念)。在一個多層板中，每一條線路都是傳輸線的組成部分，鄰近的參考平面可作為第二條線路或回路。一條線路成為“性能良好”傳輸線的關(guān)鍵是使它的特性阻抗在整個線路中保持恒定。線路板成為“可控阻抗板”的關(guān)鍵是使所有線路的特性阻抗?jié)M足一個規(guī)定值，通常在25歐姆和70歐姆之間。在多層線路板中，傳輸線性能良好的關(guān)鍵是使它的特性阻抗在整條線路中保持恒定。但是，究竟什么是特性阻抗?理解特性阻抗最簡單的方法是看信號在傳輸中碰到了什么。當(dāng)沿著一條具有同樣橫截面?zhèn)鬏斁€移動時，這類似圖1所示的微波傳輸。假定把1伏特的電壓階梯波加到這條傳輸線中，如把1伏特的電池連接到傳輸線的前端(它位于發(fā)送線路和回路之間)，一旦連接，這個電壓波信號沿著該線以光速傳播，它的速度通常約為6英寸/納秒。當(dāng)然，這個信號確實是發(fā)送線路和回路之間的電壓差，它可以從發(fā)送線路的任何一點和回路的相臨點來衡量。圖2是該電壓信號的傳輸示意圖。Zen的方法是先“產(chǎn)生信號”，然后沿著這條傳輸線以6英寸/納秒的速度傳播。第Y個0.01納秒前進(jìn)了0.06英寸，這時發(fā)送線路有多余的正電荷，而回路有多余的負(fù)電荷，正是這兩種電荷差維持著這兩個導(dǎo)體之間的1伏電壓差，而這兩個導(dǎo)體又組成了一個電容器。在下一個0.01納秒中，又要將一段0.06英寸傳輸線的電壓從0調(diào)整到1伏特，這必須加一些正電荷到發(fā)送線路，而加一些負(fù)電荷到接收線路。每移動0.06英寸，必須把更多的正電荷加到發(fā)送線路，而把更多的負(fù)電荷加到回路。每隔0.01納秒，必須對傳輸線路的另外一段進(jìn)行充電，然后信號開始沿著這一段傳播。電荷來自傳輸線前端的電池，當(dāng)沿著這條線移動時，就給傳輸線的連續(xù)部分充電，因而在發(fā)送線路和回路之間形成了1伏特的電壓差。每前進(jìn)0.01納秒，就從電池中獲得一些電荷(±Q)，恒定的時間間隔(±t)內(nèi)從電池中流出的恒定電量(±Q)就是一種恒定電流。流入回路的負(fù)電流實際上與流出的正電流相等，而且正好在信號波的前端，交流電流通過上、下線路組成的電容，結(jié)束整個循環(huán)過程。

在PCB(印制電路板)中，印制導(dǎo)線用來實現(xiàn)電路元件和器件之間電氣連接，是PCB中的重要組件，PCB導(dǎo)線多為銅線，銅自身的物理特性也導(dǎo)致其在導(dǎo)電過程中必然存在一定的阻抗，導(dǎo)線中的電感成分會影響電壓信號的傳輸，而電阻成分則會影響電流信號的傳輸，在高頻線路中電感的影響尤為嚴(yán)重，因此，在PCB設(shè)計中必須注意和消除印制導(dǎo)線阻抗所帶來的影響。1印制導(dǎo)線產(chǎn)生干擾的原因PCB上的印制導(dǎo)線通電后在直流或交流狀態(tài)下分別對電流呈現(xiàn)電阻或感抗，而平行導(dǎo)線之間存在電感效應(yīng)，電阻效應(yīng)，電導(dǎo)效應(yīng)，互感效應(yīng);一根導(dǎo)線上的變化電流必然影響另一根導(dǎo)線，從而產(chǎn)生干擾;PCB板外連接導(dǎo)線甚至元器件引線都可能成為發(fā)射或接收干擾信號的天線。印制導(dǎo)線的直流電阻和交流阻抗可以通過公式和公式來計算，R=PL/S和XL=2πfL式中L為印制導(dǎo)線長度(m)，s為導(dǎo)線截面積(mm2)，ρ為銅的電阻率，TT為常數(shù)，f為交流頻率。正是由于這些阻抗的存在，從而產(chǎn)生一定的電位差，這些電位差的存在，必然會帶來干擾，從而影響電路的正常工作。2 PCB電流與導(dǎo)線寬度的關(guān)系PCB導(dǎo)線寬度與電路電流承載值有關(guān)，一般導(dǎo)線越寬，承載電流的能力越強。在實際的PCB制作過程中，導(dǎo)線寬度應(yīng)以能滿足電氣性能要求而又便于生產(chǎn)為宜，它的最小值以承受的電流大小而定，導(dǎo)線寬度和間距可取0.3mm(12mil)。導(dǎo)線的寬度在大電流的情況下還要考慮其溫升問題。PCB設(shè)計銅鉑厚度、線寬

相信對做硬件的工程師，畢業(yè)開始進(jìn)公司時，在設(shè)計PCB時，老工程師都會對他說，PCB走線不要走直角，走線一定要短，電容一定要就近擺放等等。但是一開始我們可能都不了解為什么這樣做，就憑他們的幾句經(jīng)驗對我們來說是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的哦，當(dāng)然如果你沒有注意這些細(xì)節(jié)問題，今后又犯了，可能又會被他們罵，“都說了多少遍了電容一定要就近擺放，放遠(yuǎn)了起不到效果等等”，往往經(jīng)驗告訴我們其實那些老工程師也是只有一部分人才真正掌握其中的奧妙，我們一開始不會也不用難過，多看看資料很快就能掌握的。直到被罵好幾次后我們回去找相關(guān)資料，為什么設(shè)計PCB電容要就近擺放呢，等看了資料后就能了解一些，可是網(wǎng)上的資料很雜散，很少能找到一個很全方面講解的。下面這些內(nèi)容是我轉(zhuǎn)載的一篇關(guān)于電容去耦半徑的講解，相信你看了之后可以很牛x的回答和避免類似問題的發(fā)生。老師問： 為什么去耦電容就近擺放呢?學(xué)生答： 因為它有有效半徑哦，放的遠(yuǎn)了失效的。電容去耦的一個重要問題是電容的去耦半徑。大多數(shù)資料中都會提到電容擺放要盡量靠近芯片，多數(shù)資料都是從減小回路電感的角度來談這個擺放距離問題。確實，減小電感是一個重要原因，但是還有一個重要的原因大多數(shù)資料都沒有提及，那就是電容去耦半徑問題。如果電容擺放離芯片過遠(yuǎn)，超出了它的去耦半徑，電容將失去它的去耦的作用。理解去耦半徑最好的辦法就是考察噪聲源和電容補償電流之間的相位關(guān)系。當(dāng)芯片對電流的需求發(fā)生變化時，會在電源平面的一個很小的局部區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生電壓擾動，電容要補償這一電流(或電壓)，就必須先感知到這個電壓擾動。信號在介質(zhì)中傳播需要一定的時間，因此從發(fā)生局部電壓擾動到電容感知到這一擾動之間有一個時間延遲。同樣，電容的補償電流到達(dá)擾動區(qū)也需要一個延遲。因此必然造成噪聲源和電容補償電流之間的相位上的不一致。

這里主要是說了從PCB設(shè)計封裝來解析選擇元件的技巧。元件的封裝包含很多信息，包含元件的尺寸，特別是引腳的相對位置關(guān)系，還有元件的焊盤類型。當(dāng)然我們根據(jù)元件封裝選擇元件時還有一個要注意的地方是要考慮元件的外形尺寸。引腳位置關(guān)系：主要是指我們需要將實際的元件的引腳和PCB元件的封裝的尺寸對應(yīng)起來。我們選擇不同的元件，雖然功能相同，但是元件的封裝很可能不一樣。我們需要保證PCB焊盤尺寸位置正確才能保證元件能正確焊接。焊盤的選擇：這個是我們需要考慮的比較多的地方。首先包括焊盤的類型。其類型包括兩種，一是電鍍通孔，一種是表貼類型。我們需要考慮的因素有器件成本、可用性、器件面積密度和功耗等因數(shù)。從制造角度看，表貼器件通常要比通孔器件便宜，而且一般可用性較高。對于我們一般設(shè)計來說，我們選擇表貼元件，不僅方便手工焊接，而且有利于查錯和調(diào)試過程中更好的連接焊盤和信號。其次我們還應(yīng)該注意焊盤的位置。因為不同的位置，就代表元件實際當(dāng)中不同的位置。我們?nèi)绻缓侠戆才藕副P的位置，很有可能就會出現(xiàn)一個區(qū)域元件過密，而另外一個區(qū)域元件很稀疏的情況，當(dāng)然情況更糟糕的是由于焊盤位置過近，導(dǎo)致元件之間空隙過小而無法焊接，下面就是我失敗的一個例子，我在一個光耦開關(guān)旁邊開了通孔，但是由于它們的位置過近，導(dǎo)致光耦開關(guān)焊接上去以后，通孔無法再放置螺絲了。

1. 如果是人工焊接，要養(yǎng)成好的習(xí)慣，首先，焊接前要目視檢查一遍PCB板，并用萬用表檢查關(guān)鍵電路(特別是電源與地)是否短路;其次，每次焊接完一個芯片就用萬用表測一下電源和地是否短路;此外，焊接時不要亂甩烙鐵，如果把焊錫甩到芯片的焊腳上(特別是表貼元件)，就不容易查到。2. 在計算機上打開PCB圖，點亮短路的網(wǎng)絡(luò)，看什么地方離的最近，最容易被連到一塊。特別要注意IC內(nèi)部短路。3. 發(fā)現(xiàn)有短路現(xiàn)象。拿一塊板來割線(特別適合單/雙層板),割線后將每部分功能塊分別通電,一部分一部分排除。4. 使用短路定位分析儀，如：新加坡PROTEQ CB2000短路追蹤儀，香港靈智科技QT50短路追蹤儀，英國POLAR ToneOhm950多層板路短路探測儀等等。5. 如果有BGA芯片，由于所有焊點被芯片覆蓋看不見，而且又是多層板(4層以上)，因此最好在設(shè)計時將每個芯片的電源分割開，用磁珠或0歐電阻連接，這樣出現(xiàn)電源與地短路時，斷開磁珠檢測，很容易定位到某一芯片。由于BGA的焊接難度大，如果不是機器自動焊接，稍不注意就會把相鄰的電源與地兩個焊球短路。

山東開發(fā)PCB抄板設(shè)計一、PCB沉金采用的是化學(xué)沉積的方法，通過化學(xué)氧化還原反應(yīng)的方法生成一層鍍層，一般厚度較厚，開發(fā)PCB抄板設(shè)計是化學(xué)鎳金金層沉積方法的一種，可以達(dá)到較厚的金層。二、PCB鍍金采用的是電解的原理，也叫電鍍方式。其他金屬表面處理也多數(shù)采用的是電鍍方式。在實際產(chǎn)品應(yīng)用中，90%的金板是沉金板，因為鍍金板焊接性差是他的致命缺點，也是導(dǎo)致很多公司放棄鍍金工藝的直接原因!沉金工藝在印制線路表面上沉積顏色穩(wěn)定，光亮度好，鍍層平整，可焊性良好的鎳金鍍層?；究煞譃樗膫€階段：前處理(除油，微蝕，活化、后浸)，沉鎳，沉金，后處理(廢金水洗，DI水洗，烘干)。沉金厚度在0.025-0.1um間。金應(yīng)用于電路板表面處理，因為金的導(dǎo)電性強，抗氧化性好，壽命長，而鍍金板與沉金板最根本的區(qū)別在于，鍍金是硬金(耐磨)，沉金是軟金(不耐磨)。1、沉金與鍍金所形成的晶體結(jié)構(gòu)不一樣，沉金對于金的厚度比鍍金要厚很多，沉金會呈金黃色，較鍍金來說更黃(這是區(qū)分鍍金和沉金的方法之一)，鍍金的會稍微發(fā)白(鎳的顏色)。2、沉金與鍍金所形成的晶體結(jié)構(gòu)不一樣，沉金相對鍍金來說更容易焊接，不會造成焊接不良。沉金板的應(yīng)力更易控制，對有邦定的產(chǎn)品而言，更有利于邦定的加工。同時也正因為沉金比鍍金軟，所以沉金板做金手指不耐磨(沉金板的缺點)。3、PCB沉金板只有焊盤上有鎳金，趨膚效應(yīng)中信號的傳輸是在銅層不會對信號有影響。4、沉金較鍍金來說晶體結(jié)構(gòu)更致密，不易產(chǎn)成氧化。5、隨著電路板加工精度要求越來越高，線寬、間距已經(jīng)到了0.1mm以下。鍍金則容易產(chǎn)生金絲短路。沉金板只有焊盤上有鎳金，所以不容易產(chǎn)成金絲短路。