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PCB设计的十大误区(二)

平常大家耳熟 能详的规则来自于什么地方?

1、 公司前辈告诉 你的设计经验

2、 网络上流传的 设计方法,注意事项

3、 某些实力雄厚 的大公司的成功经验,被行业效仿

4、 芯片手册的设计指南

5、 ……

上面这些来源里面,芯片手册的设 计指南应该是最权威的,但是真正的设 计工程师都还需要打个问号,更何况其他设计规则。

其实统计一下 我们高速数字电路设计规则,很多来自于微 波射频领域。比如大家很熟 悉的圆弧拐角,走线包地……但是微波射频的规则,并不一定完全 适用于高速数字电路。还有很多设计规则,来自于双面板 时代的低速数字电路设计,典型的就是电 源必须从滤波电容进入芯片管脚。当然,模拟电路设计 也给了我们很多启发,所有的电源都 想加个磁珠来隔离一下,地也想分割一 下来隔离。

诸如此类的规则很多,大家习惯了不 经考虑就直接采用,但是很多时候,我们真的要多 问一句为什么。然后还要知道 这些规则后面的原理,以及规则起作 用的条件。有的事情多想一想,其实就能很清楚。

所以看到这里,大家可以提前 思索一下这些问题,也算是本期高 速先生的提问,大家可以尽情发挥:

1、圆弧拐角貌似 挺有道理,圆弧的阻抗变化小,45度角或者直角 拐角会带来阻抗不连续。那么问题来了,常规4、5mil的走线,圆弧拐角和直 角拐角带来的阻抗差异,需要多少G的信号才能感受到?

2、电源必须从滤 波电容进入芯片管脚,上一期有人答 复说这个是正确的规则呀!电源经过滤波 电容滤波之后进入芯片,这个假定是滤 波电容可以滤除大部分的电源噪声。那么,常用的0.1U电容,大约能滤除哪 个频率的噪声?可以从常见的DDR3-1600系统来分析,现在的电源供 电网络设计,噪声的频带有多宽?分布范围是多大?该怎样考虑现 在多层板时代滤波电容的布局布线原则?

3、同样的1.5V数字电源,能看到很多设 计工程师喜欢给不同芯片的电源加上磁珠,于是我们就能看到1.5V1,1.5V2……因为这样设计,好像每个芯片 的电源供电都会比较干净,不会互相干扰。问题是,电源种类越来越多,分割越来越碎,我们怎么考虑 信号跨电源分割问题?怎么平衡电源 和地之间平板面积大小的影响。更重要的是,你知道在多层 板的情况下,电容呈现全局特性吗?也就是说为芯片1添加的电容,对芯片2也会起作用。那么,什么情况下电 容会呈现全局特性。

4、为什么DDR3设计的时候,我们要求同组DQ和DQS之间做到5mil等长?从时序计算和 仿真来看,数据组通常都 有十几甚至几十ps以上的裕量,那就是上百Mil等长关系呀?

5、SDRAM,好遥远的技术了,才133M的速率,那不是手到擒来?问我该怎么考虑等长?简单,按照DDR3的设计原则,地址、数据、时钟等长就好了!什么,没有找到DQS?那就所有的数 据全部等长吧!

我绕,我绕,我是资深的绕 等长工程师……什么,没听过绕等长工程师,你落伍了吧!

6、“听XX公司的EMC工程师说,原来板子EMC测试有问题,把所有布线层 铺上地铜皮就通过了。” “真的呀,好像很有道理哈,EMC就是要用地来屏蔽,然后加电容”……

然后我们的板子,布线完成了,不管3721,沿着板框画一 个地铜皮,然后自动避让,大功告成,软件功能强大哈!“什么,板子层数大多,铺铜之后修改 布线的时候机器反应很慢?

升级,不就是换电脑嘛”“Gerber文件数据太多,Gerber文件几百M上G了,邮件发不出去?拷个U盘,QQ传,云盘,办法不要太多”!有想过,这样铺地有什 么负面的作用吗?

7、电容嘛,多多益善!电容越多,电源效果越好!什么,帮我省电容数量,不用不用,电容才几分钱呀,加,越多越好,每个电源管脚 最好能加两个电容……

可是,这些电容真的 有作用吗?电容真的没有坏处吗?占了板上宝贵 的布局布线空间,带来贴片效率低下,小电容贴装难度大,物料种类和数 量带来的生产成本,板子容性过大 导致的启动问题。有没有看到行 业里面关注技术的同行,他们板上的电 容数量只有你的三分之一,四分之一,但是电源效果 比你的更好呢?

8、更换高速板材 一定就是钱的问题吗?有没有可能换 了高速板材,电气性能反而 下降的情况?

好多好多我们 熟视无睹的设计规则,大家从来没有 静下心来想想,为什么要这样做,这样做到底有 多少好处。很多时候大家认为“过设计”没有什么坏处,至于花更多的 时间精力,反正现在不管 是公司内部流程,还是外协外包,PCB设计一般独立出来,不是硬件原理 工程师亲自动手了,花时间精力是 别人的事情,这是我看到很 多的想法。殊不知,PCB设计是一个整 体协调的艺术,在一些无关大 局的地方投入过多精力,甚至占用了板 上的布局布线空间资源,一定会导致其 他更重要的地方被忽视。并且有很多“过设计”思想,本身就是错误的,会带来很大的恶果。我们要避免这 些过设计,就需要在我们 理解这些设计规则方面,做到真正知其 然也知其所以然。了解规则后面 本质的原因,有助于我们合 理利用这些规则。

本系列的“高速先生”文章,就是带着大家 一起去看看这些规则的本质。

预告:下一章节我们 先来讨论滤波电容的设计,看看电源是不 是必须从滤波电容进入芯片管脚,看看滤波电容 该怎么布局布线。

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