P C B 设计的阻抗控制和阻抗匹配

发表于 2016-3-28 11:09

产品的可靠性是产品的一个重要指标，以往可靠性被忽视。产品的可靠性直接影响到产品的使用价值、公司的前途、使用者的安全。在中国，很多工程师常常不重视或者忽视电路板的可靠性，在设计过程中，只注重原理和功能的设计，在设计好原理图后，认为布线布通就可以了，而不考虑电路板在一个产品中的
重要性，电路板出故障或问题的概率，电路中信号的完整性，电路的 E M I 和EMC 特性。但是随着产品的可靠性发展和越来越受到重视，在设计时不再是简单的导线连接，必须考虑电路中信号的完整性，电路的 EMI 和 EMC 特性。印制电路板的可靠性是目前很多工程师需要注意的问题，电路的可靠性直接影响这个产品的性能。而 PCB 阻抗的可靠性设计的一个关键环节。

发表于 2016-3-28 11:10

一个好的叠层结构是对大多数信号整体性问题、 EMC 问题、信号完整性、电路可靠性的最好防范措施，同时也最易被人们误解。这里有几种因素在起作用，能解决一个问题的好方法可能会导致其它问题的恶化。只要成本能承受得起，很多系统设计供应商会建议电路板中至少应该有一个连续平面以控制特性阻抗和信号质量。 EMC 专家建议在外层上放置地线填充(GroundFill)或地线层来控制电磁辐射和对电磁干扰的灵敏度，在一定条件下这是一种好建议[1]。然而由于瞬态电流的原因，在某些普通设计中采用这种方法可能会遇到麻烦。我们来看一对电源层 / 地线层这种简单的情况: 它可看作为一个电容(图 1 － 1)。

登录 · 发表于 2016-3-28 11:11

电源层 / 地线层等效电容

发表于 2016-3-28 11:17

可以认为电源层和地线层是电容的两个极板。要想得到较大的电容值，就需将两个极板靠得更近(距离 D)，并增大介电常数(ε g )。电容越大则阻抗越低，这是我们所希望的，因为这样可以抑制噪声。不管其它层怎样安排，主电源层和地线层应相邻，并处于叠层的中部。如果电源层和地线层间距较大，就会造成很大的电流环并带来很大的噪声

发表于 2016-3-28 11:18

最大的串扰: 由于各层之间没有地平面或者电源平面，导致交互电容增大，各信号层之间的串扰比各层本身的串扰还大。

发表于 2016-3-28 11:40

失去对阻抗的控制: 信号离控制层越远，由于周围有其它导体，因此阻抗控制的精度就越低

发表于 2016-3-28 11:40

容易造成焊锡短路，可能会增加产品的成本。

发表于 2016-3-28 11:41

PCB 的各层分布一般是对称的。不应将多于两个的信号层相邻放置；否则，很大程度上将失去对 SI 的控制。最好将内部信号层对地对称放置。除非有些信号需要连线到 SMT 器件，应尽量减少外层的信号布线。对层数较多的电路板，可将这种放置方法重复很多次。也可以增加额外的电源层和地线层；只要保证在两个电源层之间没有成对的信号层即可。

发表于 2016-3-28 11:50

高速信号的布线应安排在同一对信号层内;除非遇到因 SMT 器件的连接而不得不违反这一原则。同一类信号的所有走线都应有共同的返回路径( 即地线层)

发表于 2016-3-28 11:50

保证在相等距离的位置返回信号完全相等。这就是说, 应将信号对称地布线在内部地线层的两侧。这样做的优点是容易控制阻抗和环流；缺点是地线层上有很多过孔，而且有一些无用的层，也给成本带来很大的增加。

发表于 2016-3-28 11:51

相邻布线的两个信号层。优点是地线层中的过孔可控制到最少( 用埋孔) ; 缺点是对某些关键信号这种方法的有效性下降。元件驱动和接收信号的接地连接最好能够直接连接到与信号布线层相邻的层面。作为一个简单的布线原则，表层布线宽度按英寸计应小于按毫微妙计的驱动器上升时间的三分之一( 例如: 高速 T T L 的布线宽度为 1 英寸)

发表于 2016-3-28 11:53

如果是多电源供电，在各个电源金属线之间必须铺设地线层使它们隔开。不能形成电容，以免导致电源之间
的 AC 耦合。

发表于 2016-3-28 11:58

减少环流和串扰，并增强阻抗控制能力。地线层还会形成一个有效的 EMC“屏蔽盒”。在考虑对特性阻抗的影响的前提下，不用的表层区域都可以做成地线层

P C B 设计的阻抗控制和阻抗匹配

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