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1 射 频 与 数 模 混 合 类 高 速 PCB 设 计

2 课 题 内 容 理 清 功 能 方 框 图 网 表 导 入 PCB Layout 工 具 后 进 行 初 步 处 理 的 技 巧 射 频 PCB 布 局 与 数 模 混 合 类 PCB 布 局 无 线 终 端 PCB 常 用 HDI 工 艺 介 绍 信 号 完 整 性 (SI) 的 基 础 概 念 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 特 殊 叠 层 结 构 特 性 阻 抗 的 控 制 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 布 线 规 则 和 技 巧 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 布 线 完 成 后 的 收 尾 处 理 PCB 板 级 的 ESD 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 板 级 的 EMC/EMI 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 中 的 DFM 设 计 FPC 柔 性 PCB 设 计 设 计 规 范 的 必 要 性

3 理 清 功 能 方 框 图 手 机 设 计 包 含 了 射 频 音 视 频 模 拟 数 字 电 源 管 理 这 些 典 型 的 电 路 模 块, 这 里 我 们 就 拿 手 机 设 计 为 例 来 理 解 各 功 能 模 块 典 型 手 机 功 能 模 块 方 框 图 典 型 手 机 的 原 理 方 块 图 射 频 (RF) 系 统 接 收 机 (RX) 的 原 理 方 块 图 发 射 机 (TX) 的 原 理 方 块 图 基 带 (BB) 系 统 基 带 (BB) 系 统 的 原 理 方 块 图 内 容 总 结

4 典 型 手 机 功 能 模 块 方 框 图 天 线 接 口 射 频 模 块 模 数 混 合 音 频 接 口 摄 像 头 模 拟 组 件 图 形 组 件 数 字 基 带 处 理 内 存 人 机 交 换 换 接 口 人 机 交 换 接 口 驱 动 应 用 处 理 器 存 储 卡 时 钟 模 块 电 源 供 电 系 统

5 典 型 手 机 的 原 理 方 块 图 ANT 接 收 机 逻 辑 转 换 开 关 频 率 合 成 音 频 控 制 人 机 交 互 BB 发 射 机 供 电 系 统

6 射 频 (RF) 系 统 -- 接 收 机 (RX) 的 原 理 方 块 图 射 频 接 收 机 有 三 种 基 本 的 框 架 结 构, 一 是 超 外 差 一 次 变 频 接 收 机, 二 是 超 外 差 二 次 变 频 接 收 机, 三 是 直 接 变 换 线 性 接 收 机 下 面 是 超 外 差 一 次 变 频 接 收 机 框 图 ANT RXVCO RF RF IF Filter LNA Filter Filter 混 频 器 AMP 解 调 语 音 处 理 IFVCO SPK

7 射 频 (RF) 系 统 -- 发 射 机 (TX) 的 原 理 方 块 图 发 射 机 也 有 三 种 基 本 的 框 架 结 构, 一 是 带 发 射 变 换 模 块 的 发 射 机, 二 是 带 发 射 上 变 频 器 的 发 射 机, 三 是 直 接 变 换 的 发 射 机 下 面 是 带 发 射 上 变 频 器 的 发 射 机 框 图 ANT TXVCO PA TXI/Q 调 制 DSP 编 码 MIC 二 分 频 LO

8 基 带 (BB) 系 统 的 原 理 方 块 图 发 射 接 收 信 号 RF 电 源 PA 电 源 音 频 模 块 电 源 SIM CLK UI 用 户 接 口 中 央 处 理 单 元 VBAT 系 统 CLK 电 池 充 电 电 源

9 本 章 内 容 小 结 通 过 学 习 和 了 解 手 机 各 个 模 块 原 理 框 图, 就 是 让 我 们 要 清 楚 的 来 了 解 这 些 典 型 的 模 块 电 路, 但 不 需 要 我 们 真 正 的 去 知 道 其 各 个 模 块 的 真 正 原 理, 不 过 我 们 要 很 明 白 的 知 道 这 个 是 干 什 么 的, 那 个 是 干 什 么 的, 这 一 点 是 很 必 要 的, 不 过 我 们 PCB 设 计 工 程 师 里 有 相 当 一 大 部 分 人 对 这 一 点 还 认 识 不 够

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11 射 频 与 数 模 混 合 类 高 速 PCB 设 计 理 清 功 能 方 框 图 网 表 导 入 PCB Layout 工 具 后 进 行 初 步 处 理 的 技 巧 射 频 PCB 布 局 与 数 模 混 合 类 PCB 布 局 无 线 终 端 PCB 常 用 HDI 工 艺 介 绍 信 号 完 整 性 (SI) 的 基 础 概 念 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 特 殊 叠 层 结 构 特 性 阻 抗 的 控 制 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 布 线 规 则 和 技 巧 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 布 线 完 成 后 的 收 尾 处 理 PCB 板 级 的 ESD 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 板 级 的 EMC/EMI 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 中 的 DFM 设 计 FPC 柔 性 PCB 设 计 设 计 规 范 的 必 要 性

12 网 表 导 入 PCB Layout 工 具 后 进 行 初 步 处 理 的 技 巧 o PCB 的 板 框 处 理 小 技 巧 第 一 次 导 入 板 框 设 计 中 途 改 变 板 框 o 快 速 模 块 化 分 散 元 器 件 快 速 散 开 +nets 法 直 接 法 o 直 观 识 别 模 块 的 处 理 方 法 运 用 nets 标 注 法 来 识 别 我 们 要 关 注 的 模 块 o 内 容 总 结

13 PCB 的 板 框 处 理 小 技 巧 这 次 讲 课 的 内 容 是 以 讲 解 射 频 与 数 模 混 合 类 高 速 PCB 设 计 技 术 为 主, 将 不 涉 及 各 相 关 工 具 的 讲 解, 为 了 很 好 地 展 现 和 讲 解 其 中 技 术 处 理 的 方 法, 所 涉 及 的 实 际 工 程 的 举 例 讲 解, 在 本 次 课 程 中 将 以 Mentor 的 PADS 工 具 系 统 为 例 (PowerLogic&PowerPCB), 只 用 这 套 工 具 来 讲 解 如 何 处 理 相 关 技 术 的 方 法, 然 后 大 家 在 把 这 一 方 法 运 用 到 各 自 的 实 际 工 具 系 统 中 去

14 第 一 次 导 入 板 框 我 们 在 实 际 工 程 中 处 理 与 机 构 尺 寸 相 关 的 图 形 时, 基 本 上 都 是 要 求 机 构 工 程 师 给 我 们 提 供 一 份 DXF 各 式 的 数 据 文 件, 然 后 把 它 在 导 入 PCB Layout 工 具 但 对 于 外 型 比 较 复 杂 的 PCB 板 框 就 稍 微 有 点 麻 烦, 当 然 大 部 分 比 较 简 单 而 规 则 的 几 何 形 状 我 们 就 直 接 自 己 手 工 画 出 PCB 板 框 即 可, 但 对 于 象 手 机 这 样 外 型 很 不 规 则 的 PCB 板 框 在 要 求 我 们 用 手 工 画 出 来 那 就 有 很 大 的 难 度 和 不 少 的 麻 烦 下 图 是 一 个 直 板 手 机 PCB 的 板 框 图 形

15 第 一 次 导 入 板 框 从 上 图 中 我 们 发 现 对 于 像 手 机 这 类 极 不 规 则 的 PCB 板 框, 如 果 再 要 求 我 们 手 工 画 出 其 PCB 板 框 已 不 太 现 实 也 是 一 个 非 常 麻 烦 的 事, 在 PowerPCB 这 个 工 具 里, 我 们 是 要 求 机 构 工 程 师 提 供 一 份 完 整 而 不 能 有 任 何 断 点 的 PCB 板 框 2D 图 形 结 构, 并 以 DXF 格 式 文 件 提 交 不 过 这 种 方 式 有 一 点 很 麻 烦 --- 完 整 而 不 能 有 任 何 断 点. 后 来 实 在 受 不 了 这 种 处 理 方 法, 就 试 着 找 有 没 有 其 它 简 单 而 方 便 的 处 理 方 法, 后 来 发 现 机 构 工 程 师 从 Proe 中 只 要 导 出 emn 格 式 就 可 以 在 PowerPCB 中 导 入 就 直 接 是 PCB 的 板 框 实 际 工 程 操 作 演 示 当 有 些 比 较 复 杂 的 PCB 有 些 必 须 精 确 位 置 的 机 电 元 器 件 时, 也 有 处 理 小 技 巧, 两 图 统 一 原 点, 或 选 一 个 基 准 点, 然 后 取 最 可 能 小 的 精 度 无 限 放 大 基 准 点 并 对 准 基 准 点

16 设 计 中 途 改 变 板 框 在 产 品 的 研 发 过 程 中, 难 免 有 些 修 改, 机 构 的 修 改 大 部 分 都 会 影 响 到 PCB 板 框 的 改 变, 特 别 是 到 了 PCB Layout 后 期, 这 个 时 期 改 变 板 框, 在 PowerPCB 工 具 中 将 造 成 不 能 再 直 接 导 入 机 构 修 改 后 的 PCB 板 框 文 件 emn, 这 时 我 们 就 地 采 取 另 外 的 方 法 来 实 现 我 们 这 时 要 采 用 拼 图 的 方 式 来 解 决, 在 处 理 的 过 程 中 一 是 要 把 新 导 入 的 PCB 板 框 文 件 的 板 层 设 置 和 原 来 的 一 样, 另 外 就 是 统 一 原 点, 或 统 一 一 个 参 考 基 准 点, 然 后 采 用 工 具 的 最 小 单 位 无 限 放 大 对 准 基 准 点 的 方 法 实 际 工 程 演 示

17 快 速 模 块 化 分 散 元 器 件 快 速 散 开 +nets 法 在 PCB Layout 的 工 具 中, 都 有 把 元 器 件 快 速 散 开 的 这 一 命 令, 虽 然 这 时 也 是 快 速 散 开 了 元 器 件, 但 不 是 我 们 想 要 得 按 一 定 的 模 块 来 散 开 的, 我 们 还 必 须 较 快 地 把 个 模 块 的 元 器 件 归 类, 这 时 我 门 前 面 讲 解 的 各 功 能 模 块 图 就 用 上 了 下 面 是 上 面 处 理 的 图 示 : 元 件 堆 叠 在 一 起 快 速 散 开

18 快 速 模 块 化 分 散 元 器 件 运 用 原 理 图 工 具 来 驱 动 PCB 设 置 模 块 网 络 颜 色, 然 后 调 整 模 块 单 元 如 下 图 : 原 理 图 -ANT PCB 图 中 对 应 部 分

19 快 速 模 块 化 分 散 元 器 件 直 接 法 这 种 方 法 就 是 不 事 先 散 开 元 器 件, 直 接 由 原 理 图 驱 动 PCB 选 取 不 同 模 块 相 应 的 元 器 件 原 理 图 直 接 驱 动 对 应 PCB

20 直 观 识 别 模 块 的 处 理 方 法 运 用 nets 标 注 法 来 识 别 我 们 要 关 注 的 模 块 分 别 对 我 们 要 特 别 关 注 的 模 块 或 网 络 (nets) 设 置 不 同 的 颜 色 来 直 观 的 区 分 不 同 的 模 块 很 直 观 区 分 出 ANT

21 原 理 图 驱 动 单 元 模 块 化 把 每 个 模 块 独 立 设 成 一 个 相 关 联 模 块 ( 定 义 Class), 如 天 线 部 分 定 义 为 ANT, 射 频 发 射 部 分 定 义 为 TX, 射 频 接 受 部 分 定 义 为 RX, 时 钟 部 分 定 义 为 Clock 这 样 可 以 针 对 不 同 的 模 块 需 求, 设 置 不 同 的 设 计 参 数, 如 TX 的 线 有 时 为 了 减 小 损 耗 要 求 线 要 粗 一 些, 而 Clock 线 就 不 需 要 向 TX 那 样 要 求

22 预 布 局 模 块 化 处 理 单 元 模 块 把 各 单 元 模 块 化, 整 体 模 块 化 移 动 实 例 演 示 这 种 处 理 方 法 预 布 局 时 可 以 把 这 一 单 元 的 元 器 件 一 起 移 动

23 内 容 总 结 主 要 讲 解 了 如 何 处 理 像 手 机 这 类 极 不 规 则 的 PCB 板 框 的 处 理 技 巧, 如 何 快 速 的 模 块 化 分 散 元 器 件, 并 且 能 直 观 的 识 别 我 们 要 关 心 的 模 块 运 用 工 程 实 例 来 剖 析 这 些 过 程

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25 射 频 与 数 模 混 合 类 高 速 PCB 设 计 理 清 功 能 方 框 图 网 表 导 入 PCB Layout 工 具 后 进 行 初 步 处 理 的 技 巧 射 频 PCB 布 局 与 数 模 混 合 类 PCB 布 局 无 线 终 端 PCB 常 用 HDI 工 艺 介 绍 信 号 完 整 性 (SI) 的 基 础 概 念 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 特 殊 叠 层 结 构 特 性 阻 抗 的 控 制 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 布 线 规 则 和 技 巧 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 布 线 完 成 后 的 收 尾 处 理 PCB 板 级 的 ESD 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 板 级 的 EMC/EMI 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 中 的 DFM 设 计 FPC 柔 性 PCB 设 计 设 计 规 范 的 必 要 性

26 射 频 PCB 布 局 与 数 模 混 合 类 PCB 布 局 熟 悉 PCB 板 结 构 放 好 有 机 构 位 置 要 求 的 元 器 件 初 步 规 划 整 个 PCB 的 分 区 数 模 混 合 类 PCB 布 局 要 点 原 理 图 驱 动 布 局 射 频 部 分 的 布 局 基 带 部 分 的 布 局 电 源 模 块 部 分 的 布 局 电 源 去 耦 电 容 的 摆 放 差 分 匹 配 网 络 的 布 局 内 容 小 结

27 熟 悉 PCB 板 结 构 和 机 构 工 程 师 充 分 沟 通, 新 的 还 有 商 量 余 地, 基 本 上 也 就 定 了 各 模 块 的 区 域, 要 是 透 视 图 ( 实 际 举 例, 三 视 图, 设 计 规 范 ), 限 高 区

28 熟 悉 PCB 板 结 构 TOP

29 熟 悉 PCB 板 结 构

30 初 步 处 理 放 好 有 机 构 位 置 要 求 的 元 器 件, 如 SIM 卡 电 池 连 接 器 马 达 耳 机 数 据 接 口. 等 试 着 初 步 确 定 射 频 和 基 频 各 区 域 的 大 概 范 围 参 照 上 面 的 TOP 和 Bottom 图 并 放 置 焊 接 屏 蔽 罩 焊 盘 的 铜 皮 宽 度 以 作 参 考 ( 做 在 防 焊 层, 宽 度 一 般 有 1mm 0.8mm 0.6mm) 屏 蔽 罩 有 所 不 同 : 一 体 化 的, 这 种 方 式 相 邻 部 分 要 有 2 条 焊 接 PAD( 调 试 麻 烦 地 ) 点 胶 形 式, 形 状 随 意, 只 要 一 条 接 地 条, 要 合 上 壳 体 饼 干 盒 式, 调 试 方 便, 只 要 一 条 接 地 条, 分 块 不 要 太 复 杂

31 数 模 混 合 类 PCB 布 局 要 点 AD/DA

32 数 模 混 合 类 PCB 布 局 要 点 数 字 和 模 拟 无 法 分 清 的 情 况 比 较 典 型 的 就 是 手 机 PCB

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34 熟 悉 一 些 模 块 术 语 熟 悉 一 些 行 业 术 语 也 很 必 要, 以 利 于 工 作 中 的 交 流 RF ABB Analog BaseBand, DBB Ditital Baseband,MCU 往 往 包 括 在 DBB 芯 片 中 PMU Power Management Unit MCU LDO 低 压 差 线 性 电 压 转 换 PLL 锁 相 环 LO 本 振 LNA TX RX VCO I/Q Transceiver 等 等

35 射 频 部 分 的 布 局 尽 可 能 地 把 高 功 率 RF 发 射 电 路 远 离 低 功 率 RF 接 收 电 路 芯 片 和 电 源 有 很 好 的 去 耦 RF 输 出 要 远 离 RF 输 入 敏 感 的 模 拟 信 号 应 该 尽 可 能 远 离 高 速 数 字 信 号 和 RF 信 号 优 化 布 局, 使 RF 路 径 最 短 并 最 好 使 RF 信 号 不 使 用 过 孔

36 原 理 图 驱 动 布 局

37 多 路 数 据 线 EMI 滤 波 器 A B

38 多 路 数 据 线 EMI 滤 波 器 C D 1

39 内 容 小 结 要 想 成 功 地 实 现 射 频 PCB 设 计 必 须 仔 细 注 意 整 个 设 计 过 程 中 每 个 步 骤 及 每 个 细 节, 这 就 要 求 设 计 者 不 仅 非 常 熟 悉 和 理 解 每 一 个 设 计 的 关 键 模 块, 还 要 具 备 一 定 的 相 关 设 计 理 论 和 经 验 同 时 还 要 求 设 计 者 必 须 在 设 计 开 始 阶 段 就 要 进 行 彻 底 的 仔 细 的 规 划 每 一 个 环 节, 并 对 每 个 设 计 中 可 能 出 现 的 每 一 个 预 案 进 行 评 估, 这 些 都 是 为 什 吗 说 射 频 的 布 局 将 占 射 频 PCB 设 计 的 绝 大 部 分 时 间 的 原 因

40 注 重 每 个 设 计 细 节 补 充 实 例 温 度 和 湿 度 传 感 器

41 注 重 每 个 设 计 细 节 补 充 实 例 A

42 注 重 每 个 设 计 细 节 补 充 实 例 B

43 注 重 每 个 设 计 细 节 补 充 实 例 区 域 内 禁 止 铺 铜 C

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45 射 频 与 数 模 混 合 类 高 速 PCB 设 计 理 清 功 能 方 框 图 网 表 导 入 PCB Layout 工 具 后 进 行 初 步 处 理 的 技 巧 射 频 PCB 布 局 与 数 模 混 合 类 PCB 布 局 无 线 终 端 PCB 常 用 HDI 工 艺 介 绍 信 号 完 整 性 (SI) 的 基 础 概 念 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 特 殊 叠 层 结 构 特 性 阻 抗 的 控 制 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 布 线 规 则 和 技 巧 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 布 线 完 成 后 的 收 尾 处 理 PCB 板 级 的 ESD 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 板 级 的 EMC/EMI 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 中 的 DFM 设 计 FPC 柔 性 PCB 设 计 设 计 规 范 的 必 要 性

46 PCB 的 HDI 工 艺 HDI 简 介 HDI 工 艺 常 用 板 材 盲 埋 孔 HDI 工 艺 PCB 叠 层 结 构 结 构 的 PCB 制 作 简 介

47 HDI 简 介 HDI 板, 是 指 High Density Interconnect, 即 高 密 度 互 连 板, HDI 板 的 钻 孔 孔 径 一 般 为 3-6mil( mm), 采 用 激 光 钻 孔 技 术 ( 有 时 也 称 为 镭 射 孔 技 术 ) 从 而 使 PCB 的 空 间 使 用 率 得 到 很 大 的 改 善, 主 要 用 来 解 决 像 手 机 这 类 高 密 度 互 连 扳 的 设 计 困 难, 传 统 的 机 械 钻 孔 技 术 已 无 法 满 足 和 实 现 高 密 度 互 连 这 一 要 求, 目 前 这 一 工 艺 技 术 得 到 了 广 泛 的 利 用, 工 艺 技 术 也 已 很 成 熟

48 HDI 工 艺 常 用 板 材 常 用 材 料 RCC 与 FR4, 比 较 常 用 的 是 RCC RCC (Resin Coated Copper) 涂 胶 膜 铜 箔 (Resin Coated Copper) 是 指 将 特 别 的 树 脂 膜 层 涂 在 电 镀 铜 箔 上 这 层 膜 可 以 完 全 覆 盖 内 层 线 路 而 成 绝 缘 层. 不 含 玻 璃 介 质 层, 易 于 镭 射 以 及 等 离 子 微 孔 成 形, 表 面 光 滑, 适 合 微 窄 线 路 蚀 刻.

49 盲 埋 孔 HDI 工 艺 PCB 叠 层 结 构 八 层 盲 埋 孔 PCB 叠 层 结 构 埋 孔 Buried 盲 孔 Blind 通 孔 PTH

50 1+6+1 结 构 的 PCB 制 作 简 介 常 见 层 压 法 PCB 制 作 简 介 Prepreg 1? 1 Core PP RCC A: 1-2, A: 1-2,

51 内 容 小 结 本 章 主 要 间 略 的 介 绍 了 HDI 盲 埋 孔 工 艺 材 质 以 及 一 介 HDI 类 PCB 制 作 流 程

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53 射 频 与 数 模 混 合 类 高 速 PCB 设 计 理 清 功 能 方 框 图 网 表 导 入 PCB Layout 工 具 后 进 行 初 步 处 理 的 技 巧 射 频 PCB 布 局 与 数 模 混 合 类 PCB 布 局 无 线 终 端 PCB 常 用 HDI 工 艺 介 绍 信 号 完 整 性 (SI) 的 基 础 概 念 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 特 殊 叠 层 结 构 特 性 阻 抗 的 控 制 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 布 线 规 则 和 技 巧 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 布 线 完 成 后 的 收 尾 处 理 PCB 板 级 的 ESD 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 板 级 的 EMC/EMI 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 中 的 DFM 设 计 FPC 柔 性 PCB 设 计 设 计 规 范 的 必 要 性

54 信 号 完 整 性 概 念 传 输 线 简 介 传 输 线 常 见 种 类 信 号 回 路 路 径 特 性 阻 抗 概 念 信 号 完 整 性 (SI) 的 基 础 概 念

55 信 号 完 整 性 概 念 信 号 完 整 性 (Signal Integrity, 简 称 SI) 是 指 在 信 号 线 上 的 信 号 质 量 表 示 信 号 质 量 和 信 号 经 传 输 媒 质 传 输 后 仍 保 持 正 确 的 功 能 特 性, 也 就 是 要 求 信 号 从 源 端 经 过 传 输 媒 质 后 必 须 把 信 息 完 整 无 误 的 传 送 到 负 载 端 例 如 我 们 要 求 传 送 一 个 高 电 平 逻 辑 1, 这 就 要 求 负 载 段 必 须 正 确 得 接 受 到 高 电 平 逻 辑 1 然 而 由 于 我 们 设 计 的 速 度 越 来 越 高, 再 加 上 各 种 其 他 不 利 的 因 素, 造 成 负 载 端 接 受 到 的 为 逻 辑 0, 这 就 出 现 了 我 们 说 的 信 号 完 整 性 问 题 信 号 完 整 性 问 题 是 我 们 目 前 高 速 设 计 中 不 得 不 面 临 的 问 题, 目 前 这 一 技 术 已 形 成 了 以 完 整 的 学 科, 很 多 公 司 也 纷 纷 成 立 信 号 完 整 性 这 一 部 门 来 专 门 研 究 这 一 技 术

56 过 冲 ( 上 冲 & 下 冲 ) 振 铃 ( 有 的 称 非 单 调 性 ) 码 间 串 扰 同 步 开 关 噪 声 串 扰 反 射 地 弹 延 迟 信 号 完 整 性 问 题

57 信 号 完 整 性 问 题 v 上 冲 逻 辑 高 下 冲 振 铃 噪 声 裕 量 噪 声 裕 量 上 冲 t 逻 辑 低

58 信 号 完 整 性 问 题 高 速 电 路 的 定 义 一 个 是 从 频 率 上 来 讲 的 含 义 : 频 率 高, 通 常 认 为 如 果 数 字 逻 辑 电 路 设 计 的 频 率 达 到 或 超 过 20MHz( 有 的 说 10MHz), 而 且 工 作 在 这 个 频 率 的 电 路 已 占 整 个 电 子 系 统 一 定 的 份 量 ( 常 说 三 分 之 一 ), 则 称 为 高 速 电 路 另 一 个 是 指 数 字 信 号 的 上 升 沿 与 下 降 沿 ( 有 时 称 信 号 的 跳 变 ) 非 常 快, 当 信 号 的 上 升 沿 时 间 小 于 6 倍 ( 有 说 4 倍 ) 信 号 传 输 延 时 时 即 认 为 信 号 是 高 速 信 号, 而 与 信 号 的 频 率 无 关

59 高 速 电 路 定 义 的 理 解 上 面 两 个 概 念 的 定 义 都 有 点 偏 严, 现 在 很 多 人 都 不 会 再 把 10M 20M 放 在 心 里,30M 50M 也 是 常 有 人 说 ; 大 家 主 要 是 能 理 解 这 个 概 念 就 行 了 Tr<6Tpd 也 是 偏 严 了 点,Tr<4Tpd 比 较 合 理, Tr<2Tpd 是 理 论 值 有 点 太 松, 实 际 因 素 太 多 有 很 大 不 确 定 性, 把 4Tpd Tr 2Tpd 归 为 不 确 定 区,Tr 2Tpd 有 问 题 区, 以 Tr=4ns 为 例, 结 合 集 总 参 数 来 加 强 理 解 问 题 区 不 确 定 区 安 全 区 2Tpd 4Tpd Tr

60 高 速 电 路 定 义 的 理 解 90% 10% Driver Receiver Tr 信 号 从 驱 动 端 到 接 收 端 需 要 一 定 的 时 间 ( Tpd ), 如 果 传 输 时 间 小 于 1/2 的 上 升 或 下 降 时 间 ( Tr ), 那 么 来 自 接 收 端 的 反 射 信 号 将 在 信 号 改 变 状 态 之 前 到 达 驱 动 端 反 之, 反 射 信 号 将 在 信 号 改 变 状 态 之 后 到 达 驱 动 端 如 果 反 射 信 号 很 强, 叠 加 的 波 形 就 有 可 能 会 改 变 逻 辑 状 态, 就 是 我 们 常 说 的 过 冲 振 铃 等 信 号 完 整 性 问 题

61 传 输 线 简 介 凡 是 能 够 导 引 电 磁 波 沿 一 定 方 向 传 输 的 导 体 介 质 或 由 它 们 共 同 组 成 的 导 波 系 统, 都 可 以 称 为 传 输 线 在 微 波 技 术 中 传 输 线 被 看 作 最 重 要 的 基 本 元 件 在 PCB 设 计 系 统 里 我 们 可 以 这 样 理 解 : 两 个 具 有 一 定 长 度 的 导 就 构 成 了 传 输 线, 其 中 的 一 个 导 体 成 为 信 号 传 播 的 通 道, 而 另 外 的 一 个 导 体 则 构 成 信 号 的 返 回 通 路 传 输 线 作 为 一 个 分 布 参 数 系 统, 其 基 本 特 征 可 以 归 纳 为 : 1 电 参 数 分 布 在 其 占 据 的 所 有 空 间 位 置 上 2 信 号 传 输 需 要 时 间, 传 输 线 的 长 度 直 接 影 响 着 信 号 的 特 性, 或 者 说 可 能 使 信 号 在 传 输 过 程 中 产 生 畸 变 3 信 号 不 仅 仅 是 时 间 的 函 数, 同 时 也 与 信 号 所 处 位 置 有 关, 即 信 号 同 时 是 时 间 和 位 置 的 函 数

62 传 输 线 模 型 电 阻 电 感 R L C 电 容 电 导 G R= 传 输 线 单 位 长 度 的 电 阻 值 Ω /M L= 传 输 线 单 位 长 度 的 电 感 值 H/M C= 传 输 线 单 位 长 度 的 电 容 值 F/M G= 传 输 线 单 位 长 度 的 电 导 值 S/M

63 传 输 线 常 见 种 类 在 PCB 上 我 们 常 见 的 传 输 现 有 : 为 了 满 足 叠 层 厚 度 微 带 线 ( 还 有 线 的 两 边 有 铜 的 ) 带 状 线

64 集 总 参 数 系 统 集 总 参 数 系 统 在 一 般 的 电 路 分 析 中, 我 们 把 所 涉 及 的 网 络 都 是 看 作 集 总 参 数 来 分 析 的, 即 电 路 的 所 有 参 数 都 集 中 在 各 个 元 件 上, 各 点 之 间 的 信 号 是 瞬 间 传 递 的 这 是 一 种 理 想 化 的 模 型, 集 总 参 数 系 统 基 本 特 征 可 归 纳 为 : 1 电 参 数 都 集 中 在 电 路 元 件 上 2 元 件 之 间 的 连 线 的 长 短 对 信 号 本 身 的 特 性 没 有 影 响, 即 信 号 传 输 不 需 要 时 间 3 信 号 仅 仅 是 时 间 的 函 数

65 信 号 回 路 路 径 这 里 用 常 用 的 微 带 线 来 举 例, 如 图, 这 里 信 号 线 的 回 路 实 际 就 是 我 们 通 常 理 解 的 地 信 号 是 以 电 磁 波 的 方 式 沿 传 输 线 传 输 信 号 的, 而 不 是 以 电 子 传 播 的 在 带 状 线 结 构 中 信 号 的 传 播 速 度 大 约 是 6 英 寸 /ns, 而 电 子 的 传 播 速 度 大 约 0.04 英 寸 /s, 为 什 么 是 这 样? 这 将 是 另 外 一 个 话 题 这 里 不 做 进 一 步 分 析

66 特 性 阻 抗 概 念 特 性 阻 抗 是 指 信 号 沿 传 输 线 传 播 时, 信 号 看 到 的 瞬 间 阻 抗 值 A B Δ Z = Δ V / Δ I 特 性 阻 抗 概 念 举 例, 给 定 一 定 的 水 压, 软 管 送 水 软 管 的 压 力 正 好 匹 配 水 压 时 正 好 把 水 送 到 目 的 地 不 匹 配, 则 超 越 目 的 地, 或 不 到 目 的 地, 甚 至 使 源 端 水 管 破 裂 可 以 看 出 阻 抗 不 受 控 将 会 有 很 多 问 题 发 生, 所 以 我 们 要 想 办 法 来 让 阻 抗 受 控, 下 面 有 一 章 来 讲 这 方 面 的 内 容

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68 射 频 与 数 模 混 合 类 高 速 PCB 设 计 理 清 功 能 方 框 图 网 表 导 入 PCB Layout 工 具 后 进 行 初 步 处 理 的 技 巧 射 频 PCB 布 局 与 数 模 混 合 类 PCB 布 局 无 线 终 端 PCB 常 用 HDI 工 艺 介 绍 信 号 完 整 性 (SI) 的 基 础 概 念 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 特 殊 叠 层 结 构 特 性 阻 抗 的 控 制 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 布 线 规 则 和 技 巧 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 布 线 完 成 后 的 收 尾 处 理 PCB 板 级 的 ESD 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 板 级 的 EMC/EMI 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 中 的 DFM 设 计 FPC 柔 性 PCB 设 计 设 计 规 范 的 必 要 性

69 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 叠 层 结 构 PCB 的 分 层 PCB 分 层 的 原 则 手 机 PCB 分 层 考 虑

70 PCB 的 分 层 PCB 分 层 在 PCB 设 计 中 也 是 很 有 讲 究, 好 的 分 层 会 让 设 计 避 免 出 现 许 多 让 人 困 扰 的 问 题 发 生, 特 别 是 目 前 高 速 PCB 设 计 中, 这 个 问 题 就 越 显 的 分 层 的 好 坏 对 PCB 设 计 成 功 地 的 优 劣 有 不 少 产 品 原 来 的 双 面 板 没 问 题, 由 于 芯 片 的 技 术 提 高 信 号 速 度 的 提 高 而 出 现 了 许 多 问 题 现 实 中 也 经 常 会 遇 到 分 层 不 合 理 而 造 成 的 困 扰, 如 设 计 中 功 能 上 都 是 显 得 很 好, 但 是 EMC ESD 试 验 就 是 无 法 通 过, 这 一 现 象 在 目 前 高 速 设 计 中 也 是 一 个 很 普 遍 的 问 题 好 的 叠 层 可 以 为 产 品 提 供 很 好 的 EMC SI 性 能 等 由 于 每 个 企 业 首 先 考 虑 的 是 利 益 最 大 化, 因 此 就 要 控 制 每 个 环 节 的 成 本, 这 就 不 得 不 要 求 我 们 优 化 设 计, 去 找 一 个 合 适 的 折 衷 点

71 PCB 分 层 的 原 则 与 元 件 面 相 邻 的 层 为 地 平 面, 提 供 器 件 屏 蔽 层 以 及 为 顶 层 布 线 提 供 回 流 平 面, 另 外 对 射 频 来 讲 可 以 防 止 射 频 泄 露 到 内 层 所 有 信 号 层 尽 可 能 与 地 平 面 相 邻 主 电 源 尽 可 能 与 其 对 应 地 相 邻 尽 量 避 免 两 信 号 层 直 接 相 邻 兼 顾 层 压 结 构 对 称

72 每 一 布 线 层 要 相 邻 一 个 完 整 平 面 Signal GND 每 一 布 线 层 相 邻 一 个 完 整 的 平 面 层, 这 样 处 理 可 以 提 供 信 号 很 好 的 回 流 路 径, 最 小 的 环 路 面 积 最 小 的 回 路 阻 抗, 在 高 速 设 计 中 这 一 点 特 别 重 要, 记 住 一 个 原 则 回 流 总 是 沿 着 阻 抗 最 小 的 路 径 走 如 果 回 路 被 断 掉, 则 会 发 生 一 系 列 问 题, 阻 抗 不 连 续 回 路 被 切 断 其 走 向 则 难 控 制 产 生 大 的 EMI, 对 于 关 键 信 号 线 最 好 是 上 下 都 紧 邻 GND, 高 速 线 也 选 GND, 不 选 VCC, 用 水 流 可 以 形 象 地 来 理 解, 水 沿 着 通 道 前 进, 突 然 通 道 被 堵, 部 分 水 返 回 部 分 绕 道 向 四 周 不 同 的 方 向 ( 地 势 低 ) 溜 去 关 键 信 号 线 :Clock 沿 比 较 陡 易 产 生 干 扰 的 信 号 易 被 干 扰 得 模 拟 小 信 号 复 位 信 号 片 选 信 号

73 电 源 层 要 与 地 层 相 邻 VCC h GND 电 源 层 要 临 近 地 层 : 提 供 很 好 的 藕 合, 有 利 于 藕 合 电 容 增 大, 去 藕 效 果 好, 电 源 回 路 小, 电 源 系 统 阻 抗 低, 有 利 于 改 善 地 弹 噪 声, 有 利 于 控 制 EMI, 其 实 有 很 多 EMI 的 原 因 就 是 电 源 系 统 处 理 得 不 好 造 成 的, 目 前 人 们 也 越 来 关 注 电 源 完 整 性 的 设 计, 还 出 现 了 很 多 这 方 面 的 分 析 软 件 两 层 中 间 的 厚 度 h 的 值 越 小 越 好

74 平 衡 的 分 层 信 号 平 面 信 号 平 面 平 面 信 号 平 面 信 号 平 衡 设 计 叠 层, 有 利 于 改 善 PCB 版 的 弯 曲 度, 在 接 受 焊 接 高 温 冲 击 冷 却 后 板 子 弯 曲 变 形 小, 对 于 高 TG 材 质 的 PCB 也 有 利 于 这 方 面 的 改 善

75 手 机 PCB 分 层 考 虑 下 面 是 一 款 实 际 手 机 PCB 的 八 层 叠 层 结 构 次 元 件 面 主 元 件 面 TOP GND(Signal) Signal GND Signal GND(Signal) GND Bottom RF BB GND(S) Signal GND Signal GND Signal 这 样 的 叠 层 有 点 不 符 合 前 面 提 到 的 分 层 原 则, 由 于 成 本 的 元 素, 是 个 折 衷 处 理 的 叠 层, 由 于 板 子 面 积 很 小 板 子 变 形 已 不 是 主 要 考 虑 的 对 象, 第 6 层 RF 上 尽 可 能 的 不 走 线, 第 二 层 尽 量 少 走 线, 走 短 线 (Top 也 是 ) 第 5 层 是 最 好 的 走 线 层, 尽 量 走 主 要 关 键 线, 没 有 独 立 电 源 层, 下 面 章 节 讲 原 因 RF 板 元 件 面 下 为 GND, 还 可 减 少 RF 能 量 泄 漏 到 内 层 其 它 区 域 的 机 会

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77 射 频 与 数 模 混 合 类 高 速 PCB 设 计 理 清 功 能 方 框 图 网 表 导 入 PCB Layout 工 具 后 进 行 初 步 处 理 的 技 巧 射 频 PCB 布 局 与 数 模 混 合 类 PCB 布 局 无 线 终 端 PCB 常 用 HDI 工 艺 介 绍 信 号 完 整 性 (SI) 的 基 础 概 念 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 特 殊 叠 层 结 构 特 性 阻 抗 的 控 制 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 布 线 规 则 和 技 巧 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 布 线 完 成 后 的 收 尾 处 理 PCB 板 级 的 ESD 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 板 级 的 EMC/EMI 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 中 的 DFM 设 计 FPC 柔 性 PCB 设 计 设 计 规 范 的 必 要 性

78 受 控 的 特 性 阻 抗 特 性 阻 抗 的 控 制 影 响 特 性 阻 抗 的 因 素 PCB 中 特 性 阻 抗 的 简 化 计 算 式 特 性 阻 抗 与 影 响 特 性 阻 抗 因 素 的 关 系 PCB 设 计 中 特 性 阻 抗 所 涉 及 的 方 面 计 算 特 性 阻 抗 的 常 用 软 件

79 受 控 的 特 性 阻 抗 下 面 我 们 介 绍 一 下 特 性 阻 抗 的 概 念, 特 性 阻 抗 是 指 信 号 沿 传 输 线 传 播 时, 信 号 看 到 的 瞬 间 阻 抗 值 如 果 信 号 沿 传 输 线 传 播 的 过 程 当 中, 任 何 实 践 和 位 置 信 号 看 到 的 特 性 阻 抗 都 保 持 一 致 的 话, 那 么 我 们 就 可 以 称 这 样 的 传 输 线 的 特 性 阻 抗 是 受 控 的 这 种 受 控 特 性 阻 抗 的 传 输 线 将 使 信 号 高 质 量 无 失 真 的 传 输, 这 也 是 我 们 在 信 号 完 整 性 分 析 领 域 中 主 要 分 析 研 究 的 问 题 A B Δ Z = Δ V / Δ I

80 影 响 特 性 阻 抗 的 因 素 特 性 阻 抗 在 信 号 完 整 领 域 是 非 常 重 要 的 概 念, 它 是 影 响 信 号 质 量 的 一 个 重 要 因 素, 因 此 我 们 就 要 想 办 法 来 控 制 它, 让 它 按 我 们 想 要 得 大 小 来 受 控, 那 我 们 就 要 分 析 到 底 是 那 些 因 素 来 影 响 特 性 阻 抗

81 微 带 线 PCB 中 特 性 阻 抗 的 简 化 计 算 式 特 性 阻 抗 : Zo = 87 εr ln 5.98h 0.8w + t (Ω) 带 状 线 特 性 阻 抗 : Zo = 60 εr ln 4h 0.67 π(0.8w+t)

82 特 性 阻 抗 与 影 响 特 性 阻 抗 因 素 的 关 系 特 性 阻 抗 与 影 响 特 性 阻 抗 因 素 的 关 系 : 与 线 宽 W 成 反 比 与 线 的 厚 度 t 成 反 比 与 介 质 的 电 介 常 数 εr 的 平 方 根 成 反 比 与 介 质 的 厚 度 h 成 正 比 另 外 差 分 阻 抗 与 线 间 距 S 成 正 比 ( 与 GND 的 距 离 足 够 远 )

83 PCB 设 计 中 特 性 阻 抗 所 涉 及 的 方 面 考 虑 设 计 中 可 能 要 用 到 的 传 输 线 类 型 根 据 用 到 的 传 输 线 类 型 进 行 合 理 叠 层 分 配 根 据 特 性 阻 抗 要 求 调 整 合 适 的 参 数 组 合, 以 确 定 设 计 参 数 与 厂 商 沟 通 设 计 参 数 进 行 确 定 由 于 PCB 厂 家 在 实 际 的 制 作 中 有 很 多 因 素 制 约 从 而 与 我 们 事 先 自 己 计 算 的 参 数 会 有 出 入

84 计 算 特 性 阻 抗 的 常 用 软 件 Polar 目 前 比 较 高 版 本 的 有 SI8000 SI9000 比 较 前 面 的 版 本 主 要 是 CITS 系 列 版 本, 目 前 大 部 分 PCB 厂 家 还 在 沿 用 这 个 系 列 的 版 本

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86 射 频 与 数 模 混 合 类 高 速 PCB 设 计 理 清 功 能 方 框 图 网 表 导 入 PCB Layout 工 具 后 进 行 初 步 处 理 的 技 巧 射 频 PCB 布 局 与 数 模 混 合 类 PCB 布 局 无 线 终 端 PCB 常 用 HDI 工 艺 介 绍 信 号 完 整 性 (SI) 的 基 础 概 念 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 特 殊 叠 层 结 构 特 性 阻 抗 的 控 制 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 布 线 规 则 和 技 巧 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 布 线 完 成 后 的 收 尾 处 理 PCB 板 级 的 ESD 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 板 级 的 EMC/EMI 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 中 的 DFM 设 计 FPC 柔 性 PCB 设 计 设 计 规 范 的 必 要 性

87 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 布 线 规 则 和 技 巧 熟 悉 主 要 的 一 些 脚 pin 含 义 射 频 布 线 布 线 技 巧 天 线 ANT 处 理 时 钟 电 路 的 布 线 技 巧 自 动 增 益 控 制 处 理 滤 波 器 处 理 电 源 处 理 去 藕 电 容 的 布 线 要 点 过 孔 模 型 与 寄 生 参 数 接 地 和 过 孔 设 计 PLL 电 路 处 理 地 线 影 响 阻 抗 电 流 分 布 图 数 模 混 合 类 PCB 布 线

88 熟 悉 主 要 的 一 些 脚 pin 含 义

89 PCB 布 线 方 式 A B C D E

90 PCB 布 线 方 式 直 角 走 线 是 我 们 PCB 设 计 着 一 定 避 免 的 一 个 基 本 要 求, 那 到 底 直 角 走 不 好 再 那 里 : 直 角 有 寄 生 电 容 效 应, 减 缓 上 升 时 间 阻 抗 不 连 续 会 造 成 信 号 的 反 射 直 角 尖 端 产 生 的 EMI 直 角 寄 生 电 容 可 以 由 下 面 这 个 经 验 公 式 来 近 似 计 算 : C=61w(εr)/2z0 举 例 :5mil 线 宽,εr=4.5, 特 性 阻 抗 为 50 欧 姆, 则 直 角 寄 生 电 容 近 似 为 : C=61w(εr )/2z0 = pf 引 起 的 延 迟 为 :T10-90%=2.2*C*Z0/2 =0.7535pS

91 直 角 走 线 造 成 的 阻 抗 不 连 续 : PCB 布 线 方 式 直 角 走 线 的 线 宽 增 加, 该 处 的 阻 抗 将 减 小, 于 是 会 产 生 一 定 的 信 号 反 射 现 象, 我 们 可 以 看 出 引 起 阻 抗 变 化 的 量 很 小, 并 且 又 是 发 生 在 极 短 的 时 间 内 ( 几 ps), 这 样 快 而 且 微 小 的 变 化 对 一 般 的 信 号 传 输 来 说 几 乎 是 可 以 忽 略 的 (GHz 内 )

92 直 角 走 线 尖 端 产 生 的 EMI: PCB 布 线 方 式 直 角 走 线 尖 端 产 生 EMI 这 是 肯 定 的, 我 们 也 常 提 尖 端 放 电 也 是 这 一 原 理, 但 是 要 在 一 定 的 条 件 下, 因 此 直 角 走 线 尖 端 产 生 EMI 的 量 是 非 常 微 小 的, 至 少 目 前 还 没 有 什 么 仪 器 能 测 得 出 这 个 微 小 的 级 别, 其 量 级 已 小 于 仪 器 的 测 量 误 差 至 少 在 Ghz 内 我 们 不 用 担 心 这 个 级 别 的 EMI.

93 PCB 布 线 方 式 通 过 上 面 针 对 直 角 走 线 的 三 个 不 利 因 素 方 面 我 们 做 了 分 析, 可 以 看 出 直 角 走 线 的 不 利 因 素 已 被 人 为 的 夸 大 化 了, 并 不 是 想 象 的 那 样 可 怕, 至 少 在 GHz 内 没 有 啥 太 令 人 不 放 心 的 是 发 生 但 上 了 GHz 的 事 情 就 要 关 注 了 虽 然 不 利 的 因 素 是 很 微 小, 但 毕 竟 是 不 利, 所 以 我 们 还 是 要 遵 循 好 的 设 计 原 则, 我 们 详 细 的 来 分 解 直 角 走 线 的 这 些 不 利 因 素, 目 的 是 让 大 家 明 白 直 角 走 线 到 底 会 发 生 哪 些 不 利 因 素 大 家 回 头 可 不 要 讲 XXX 讲 课 了 说 直 角 的 不 利 因 素 非 常 微 小, 就 可 以 走 直 角 线 了, 呵 呵, 那 我 就 会 被 人 骂 了

94 射 频 布 线 所 有 的 走 线 都 是 一 条 潜 在 的 既 可 接 收 也 可 发 射 RF 信 号 的 天 线, 所 以, 将 射 频 信 号 与 关 键 线 路 零 组 件 隔 离 是 必 须 的 射 频 信 号 线 的 阻 抗 必 须 是 受 控 的, 要 保 证 其 回 流 路 径 的 正 确 尽 可 能 的 优 化 布 线, 使 射 频 线 最 短 不 使 用 过 空 就 能 实 现 连 接, 如 果 要 使 用 过 孔 则 优 先 考 虑 盲 埋 孔 组 合, 不 使 用 通 孔, 实 在 要 走 通 孔 则 在 此 通 孔 附 近 至 少 伴 随 一 个 地 过 孔 后 面 有 此 种 情 况 的 举 例

95 布 线 技 巧 射 频 PCB 设 计 中 必 须 做 到 RF 输 出 远 离 RF 输 入, 这 是 总 的 原 则, 射 频 PCB 布 局 和 布 线 都 应 遵 循 这 个 原 则 ( 后 面 有 实 例 ) 这 儿 所 说 的 RF 输 出 远 离 RF 输 入 是 包 含 了 射 频 的 每 一 个 单 元 如 放 大 器 缓 冲 器 和 滤 波 器 等, 不 只 是 我 们 常 讲 得 TX 与 RX 在 射 频 PCB 板 上, 通 常 看 到 将 低 噪 音 放 大 器 电 路 (RX) 放 在 PCB 板 的 某 一 面, 而 高 功 率 放 大 器 电 路 (TX) 放 在 另 一 面, 并 最 终 藉 由 双 工 器 在 同 一 面 上 将 它 们 连 接 到 RF 天 线 的 一 端 和 基 频 处 理 器 的 另 一 端 这 需 要 一 些 技 巧 来 确 保 RF 能 量 不 会 由 过 孔, 从 板 的 一 面 传 递 到 另 一 面, 常 用 的 技 术 是 在 两 面 都 使 用 盲 孔 可 以 藉 由 将 盲 孔 安 排 在 PCB 板 两 面 都 不 受 RF 干 扰 的 区 域, 来 将 过 孔 的 不 利 影 响 减 到 最 小 即 RF 收 发 电 路 分 开 布 局

96 天 线 的 概 念 : 天 线 ANT 处 理 把 高 频 电 能 变 为 电 磁 场 能 量 或 把 电 磁 场 能 变 为 高 频 电 能 的 装 置 称 为 天 线 要 想 天 线 有 一 个 好 的 特 性, 其 谐 振 是 最 基 本 的 要 求, 这 一 块 也 就 是 我 们 常 说 的 天 线 匹 配 网 络 至 于 天 线 具 体 的 原 理 特 性 等 等 就 不 讲 了, 我 们 主 要 是 关 注 如 何 PCB 设 计, 只 要 大 概 的 知 道 它 是 干 嘛 的 装 置 下 面 就 来 看 看 这 部 分 的 PCB 设 计 需 要 留 心 的 一 些 地 方 和 处 理 方 法

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98 天 线 ANT 处 理 手 机 PCB 的 天 线 ( 内 置 ) 设 计 要 点 : 一 样 遵 循 RF 布 线 规 则, 线 尽 量 短, 不 使 用 过 孔, 保 证 其 阻 抗 要 求 优 化 天 线 匹 配 网 络, 天 线 RF 馈 电 焊 盘 应 采 用 圆 角 矩 形 盘, 并 且 焊 盘 含 周 边 1mm 的 面 积 下 PCB 所 有 层 面 要 挖 掉 铜 箔 以 尽 可 得 减 小 其 寄 生 参 数 对 天 线 的 影 响 天 线 布 线 采 取 地 保 护 布 线, 但 要 注 意 地 线 与 其 的 距 离 要 4H( 后 面 有 具 体 的 举 例 ) 天 线 区 域 内 不 要 放 置 其 他 不 想 关 器 件, 特 别 是 像 LDO 电 池 座 摄 像 头 或 摄 像 头 接 插 件 LCD 马 达 SPEAKER RECEIVER FPC 排 线 和 低 频 驱 动 器 件 等 能 不 把 这 些 器 件 放 在 靠 近 天 线 的 位 置 就 尽 量 不 要 放, 就 是 要 放 最 好 离 开 20mm 的 距 离, 而 且 要 用 地 隔 离 针 对 不 同 的 天 线 还 有 不 同 的 处 理 要 求, 如 皮 法 天 线 要 求 天 线 的 投 影 区 域 要 铺 完 整 的 地 铜 箔, 而 单 极 天 线 则 相 反, 因 此 要 多 和 天 线 生 产 厂 技 术 人 员 沟 通 也 是 很 必 要 的 再 如 采 用 2 个 馈 电 点 的 天 线, 对 2 个 馈 电 点 的 距 离 要 求 等 等

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100 时 钟 电 路 的 布 线 技 巧 这 部 分 电 路 要 优 先 考 虑, 要 多 琢 磨 布 局 的 方 式, 根 据 机 构 条 件 尝 试 多 种 方 法 优 先 考 虑 参 考 时 钟 线 路 的 布 线, 使 参 考 时 钟 输 出 到 达 器 件 引 脚 的 路 线 要 尽 量 短, 对 时 钟 线 尽 量 采 取 保 护 地 ( 要 考 虑 3W&3H) 同 层 和 相 邻 层 不 能 有 走 线 与 时 钟 线 在 位 置 上 近 距 离 平 行, 在 高 密 度 PCB 设 计 时 相 邻 层 很 容 易 被 人 忽 略, 如 果 时 钟 线 走 在 内 层 最 好 其 上 下 都 为 GND, 特 别 要 妥 善 处 理 好 参 考 时 钟 线 路 与 功 放 电 源 线 和 射 频 单 元 逻 辑 控 制 电 源 线 之 间 的 位 置 不 要 选 电 源 平 面 作 为 回 流 参 考 平 面 时 钟 电 路 中 的 寄 生 电 容 应 该 尽 量 避 免 和 消 除, 时 钟 线 路 接 地 布 线 最 忌 讳 的 是 在 未 到 达 主 地 之 前 与 屏 蔽 体 的 地 或 锁 相 环 的 地 互 连, 同 时 尽 量 避 免 孤 岛 型 地 的 存 在, 如 果 可 能 就 优 先 采 取 单 点 直 到 主 地 的 方 法 晶 体 所 在 位 置 铺 地 时 要 仔 细 斟 酌,

101 时 钟 电 路 的 布 线 技 巧 压 控 振 荡 器 (VCO) 可 将 变 化 的 电 压 转 换 为 变 化 的 频 率, 这 一 特 性 被 用 于 高 速 频 道 切 换,VCO 控 制 线 通 常 是 一 个 控 制 频 率 的 反 馈 回 路 的 一 部 份, 它 在 很 多 地 方 都 有 可 能 引 入 噪 音, 因 此 必 须 非 常 小 心 处 理 VCO 控 制 线 如 果 条 件 许 可 最 好 给 这 部 分 电 路 设 计 单 独 的 屏 蔽 罩

102 自 动 增 益 控 制 (AGC) 无 论 发 射 还 是 接 收 电 路 都 会 有 AGC 放 大 器, 要 求 AGC 电 路 有 一 个 相 当 大 的 频 宽, 这 就 使 AGC 放 大 器 很 容 易 引 入 噪 音 设 计 AGC 线 路 必 须 遵 守 模 拟 电 路 的 设 计 原 则, 亦 即 使 用 很 短 的 输 入 接 脚 和 很 短 的 反 馈 路 径, 而 且 这 两 处 都 必 须 远 离 RF IF 或 高 速 数 字 信 号 线 路 同 样, 良 好 的 接 地 也 必 不 可 少, 而 且 芯 片 的 电 源 必 须 得 到 良 好 的 去 耦 如 果 必 须 在 输 入 或 输 出 端 设 计 一 条 长 的 走 线, 那 么 最 好 是 选 择 在 输 出 端 实 现 它, 因 为, 通 常 输 出 端 的 阻 抗 要 比 输 入 端 低 得 多, 而 且 也 不 容 易 引 入 噪 音 通 常 信 号 电 平 越 高, 就 越 容 易 将 噪 音 引 入 到 其 它 电 路 中

103 滤 波 器 处 理 滤 波 器 在 建 库 时 其 PIN 脚 的 PAD 不 能 外 扩 得 太 大, 以 避 免 寄 生 参 数 对 滤 波 器 造 成 影 响 工 程 上 曾 遇 到 过 这 样 的 例 子, 因 滤 波 器 PIN 脚 的 PAD 偏 大, 造 成 滤 波 器 失 效 沿 着 这 两 条 线 把 铜 箔 刮 掉 取 其 最 大 值 最 小 取 其 最 大 值 +0.2mm, 一 般 取 +0.3mm, 最 大 取 +0.5mm 另 外 在 其 PAD 正 下 方 的 GND 也 要 挖 空, 一 般 挖 一 层 或 2 层 即 可, 不 过 也 有 不 少 是 一 挖 到 底

104 多 路 数 据 线 EMI 滤 波 器 输 出 输 入 输 出 输 入 输 出 输 入 输 出

105 多 路 数 据 线 EMI 滤 波 器 输 出 输 入

106 电 源 处 理 如 果 电 源 设 计 时 没 有 经 过 认 真 考 虑, 则 使 得 电 源 电 压 很 容 易 产 生 错 误 的 输 出 和 噪 声, 这 会 进 一 步 影 响 到 RF 电 路 的 性 能, 使 用 不 同 分 支 的 电 源 线, 为 射 频 芯 片 的 电 源 引 脚 供 电 每 个 电 源 引 脚 使 用 独 立 的 引 线 在 引 脚 之 间 提 供 了 空 间 上 的 隔 离, 有 利 于 减 小 它 们 之 间 的 耦 合 另 外, 每 个 电 源 引 脚 都 要 做 好 充 分 的 去 藕 滤 波 下 面 我 们 将 列 举 实 例 来 看 看 如 何 在 PCB 设 计 中 进 行 考 虑 运 用 这 些 技 术 去 耦 电 容 存 在 一 定 的 寄 生 电 感 事 实 上, 电 容 等 效 为 一 个 串 联 的 RLC 电 路, 因 此 有 一 个 自 激 振 荡 频 率, 电 容 在 低 于 这 个 频 率 时 起 主 导 作 用, 但 在 大 于 自 激 振 荡 频 率 时 则 失 去 电 容 的 功 能 而 变 成 了 一 个 电 感 器 件 由 此 可 见, 电 容 器 只 是 在 频 率 接 近 或 低 于 其 自 激 振 荡 频 率 时 才 具 有 去 耦 作 用, 在 这 些 频 点 电 容 表 现 为 低 阻 抗 理 解 这 些 概 念 有 助 于 我 们 在 PCB 设 计 中 去 优 化 处 理 那 些 去 藕 电 容 的 设 计

107 电 源 处 理 设 计 中 尽 量 优 先 采 取 星 型 电 源 布 线 结 构, 如 果 电 源 采 用 了 星 型 拓 扑 结 构, 则 在 主 节 点 处 最 好 放 置 一 个 大 容 量 的 电 容 器, 如 2.2uF 或 4.7uF 有 利 于 消 除 低 频 噪 声 建 立 稳 定 的 直 流 电 压 很 有 效 射 频 IC 的 每 个 电 源 引 脚 需 要 一 个 低 容 量 的 电 容 器 ( 如 10nF 或 10pF), 用 来 滤 除 可 能 耦 合 到 电 源 线 上 的 高 频 噪 声 对 于 那 些 对 噪 声 敏 感 电 路 供 电 的 电 源 引 脚, 可 能 需 要 外 接 两 个 旁 路 电 容 例 如 : 用 一 个 10pF 电 容 与 一 个 10nF 电 容 并 联 提 供 旁 路, 可 以 提 供 更 宽 频 率 范 围 的 去 耦, 尽 量 消 除 噪 声 对 电 源 电 压 的 影 响 每 个 电 源 引 脚 都 需 要 认 真 检 验, 以 确 定 需 要 多 大 的 去 耦 电 容 以 及 实 际 电 路 在 哪 些 频 点 容 易 受 到 噪 声 的 干 扰 良 好 的 电 源 去 耦 技 术 与 严 谨 的 PCB 布 局 电 源 引 线 拓 扑 结 构 相 结 合, 能 够 为 任 何 RF 系 统 设 计 奠 定 稳 固 的 基 础 尽 管 实 际 设 计 中 还 会 存 在 降 低 系 统 性 能 指 标 的 其 它 因 素, 但 是, 拥 有 一 个 无 噪 声 的 电 源 是 优 化 系 统 性 能 的 基 本 要 素 虽 然 这 些 关 键 的 措 施 大 部 分 是 由 硬 件 工 程 师 要 考 虑 的 问 题, 但 PCB 设 计 人 员 理 解 和 掌 握 这 些 原 理 会 对 PCB 实 际 设 计 有 很 大 的 益 处 下 面 有 实 例 来 讲 解

108 电 源 处 理 在 高 速 数 字 设 计 中, 对 电 源 也 越 来 越 重 视, 要 求 也 越 来 越 高, 电 源 完 整 性 问 题 也 已 成 为 一 个 研 究 的 问 题 点 这 里 也 不 涉 及 这 方 面 的 探 讨, 在 后 续 的 一 个 课 题 里 将 会 对 这 一 部 分 有 研 究 如 果 大 家 感 兴 趣 请 关 注 我 们 的 下 一 课 题 符 合 EMC 与 SI 要 求 的 高 速 PCB 设 计 射 频 模 块 对 电 源 噪 声 比 较 敏 感, 所 需 电 流 也 不 大, 因 此 不 宜 采 取 平 面 供 电, 而 是 采 取 走 险 的 方 式 来 供 电 这 和 数 字 电 源 系 统 不 同

109 PA 处 理 PA 电 源 线 : 最 好 其 上 下 两 层 都 相 邻 GND 要 有 能 承 担 相 应 最 大 电 流 的 宽 度 并 有 一 定 的 裕 量 单 独 走 线 做 好 去 藕 不 要 从 PA 下 方 走 线 要 充 分 考 虑 PA 的 热 设 计

110 过 孔 模 型 与 寄 生 参 数 d D1 h D2 基 材 介 电 常 数 为 ε 寄 生 电 容 近 似 :Cvia=1.41εhD1/(D2-D1) 寄 生 电 感 近 似 :Lvia=5.08h[ln(4h/d)+1]

111 过 孔 寄 生 参 数 的 影 响 假 设 一 块 厚 度 为 62Mil 的 PCB 板, 如 果 使 用 内 径 为 10Mil, 焊 盘 直 径 为 20Mil 的 过 孔, 与 地 铺 铜 区 的 隔 离 焊 盘 直 径 为 32Mil, 基 材 的 电 介 常 数 为 4.5 通 过 上 面 的 公 式 近 似 算 出 过 孔 的 寄 生 参 数 : Cvia=1.41x4.5x0.062x0.020/( )= pF 这 部 分 电 容 引 起 的 上 升 时 间 变 化 量 为 : T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.641x(50/2)=35.255ps Lvia=5.08x0.062[ln(4x0.062/0.010)+1]=1.326nH 如 果 信 号 的 上 升 时 间 是 1ns, 那 么 其 等 效 阻 抗 大 小 为 : XL=πL/T10-90=4.16Ω 如 果 更 高 的 频 率 则 这 个 值 还 要 大 (2.5G 约 12 Ω) 高 速 高 频 信 号 线 尽 量 少 打 过 孔, 在 SI 领 域 这 些 都 是 不 可 忽 略 因 素 如 果 大 家 对 这 方 面 感 兴 趣 的 话 请 关 注 我 们 的 另 一 个 课 题

112 过 孔 寄 生 参 数 的 影 响 实 例 从 过 孔 的 这 些 理 论, 我 们 如 果 细 细 想 想 会 从 中 领 会 到 不 少 实 际 PCB 设 计 的 指 导 性 思 想, 大 家 来 讨 论 一 下 : 通 过 上 面 对 过 孔 寄 生 特 性 的 分 析, 因 此 我 们 要 清 楚, 在 高 频 高 速 类 PCB 设 计 中, 过 孔 设 计 已 不 能 太 随 便 使 用, 一 个 简 单 的 过 孔 设 计 不 当 也 会 给 电 路 的 设 计 带 来 很 大 困 扰 设 计 合 理 的 过 孔, 你 可 能 要 设 计 几 种 不 同 的 过 孔 普 通 高 频 高 速 信 号 线 电 源 & 地 高 频 高 速 线 尽 量 不 换 层 ( 少 用 过 孔 ) 过 孔 附 近 放 置 地 过 孔 在 没 有 板 厚 要 求 得 情 况 下, 尽 量 使 PCB 薄 些 优 化 高 速 连 接 器 的 焊 盘 设 计 ( 压 接 型 ) 高 速 高 频 不 共 用 接 地 过 孔 电 源 & 地 过 孔 采 用 多 孔 改 善 寄 生 阻 抗 ( 短 而 粗 线 来 改 善 引 线 电 感

113 接 地 和 过 孔 设 计 在 射 频 和 高 速 PCB 设 计 中 所 有 的 信 号 地 以 最 短 的 路 径 连 接 到 地 层 非 常 关 键, 过 孔 主 要 呈 现 为 感 性, 对 于 RF 电 路 的 接 地 孔 本 着 永 远 不 共 用 的 原 则 一 个 1.6mm 深 孔 径 为 0.2mm 的 过 孔 具 有 大 约 1 3nH 的 电 感, 在 2.5GHz/5.0GHz 的 频 率 时 其 等 效 电 抗 大 约 为 12Ω 和 24Ω 因 此, 一 个 接 地 过 孔 并 不 能 够 为 RF 信 号 提 供 真 正 的 接 地, 对 于 高 品 质 的 电 路 板 设 计, 应 该 在 RF 电 路 部 分 提 供 尽 可 能 多 的 接 地 过 孔, 特 别 是 对 于 那 些 需 要 有 大 面 积 接 地 的 IC, 其 封 装 中 的 裸 露 接 地 焊 盘 要 做 好 充 分 接 地 不 良 的 接 地 会 出 现 许 多 不 希 望 的 问 题, 如 产 生 有 害 的 辐 射, 降 低 增 益 和 噪 声 系 数 指 标 不 仅 仅 是 电 容 应 该 所 有 的 接 地 都 不 共 用 一 个 过 孔, 如 果 去 耦 电 容 使 用 了 同 一 接 地 过 孔, 由 于 过 孔 的 电 感 效 应, 这 些 连 接 点 的 过 孔 将 会 承 载 来 自 两 个 电 源 的 全 部 RF 干 扰, 不 仅 丧 失 了 去 耦 电 容 的 功 能, 而 且 还 为 系 统 中 的 级 间 噪 声 耦 合 提 供 了 另 外 一 条 通 路

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115 PLL 外 接 环 路 处 理 PLL 电 路 在 系 统 设 计 中 是 个 很 关 键 的 模 块, 也 是 很 容 易 出 问 题 的 地 方, 要 想 这 一 块 设 计 得 好, 杂 散 特 性 比 较 好 的 话, 就 必 须 从 各 个 方 面 特 别 小 心 的 处 理, 其 一 必 须 要 有 良 好 的 地 线 设 计 现 在 大 部 分 的 芯 片 设 计 中 都 把 所 有 的 PLL 和 VCO 集 成 在 了 芯 片 内 部, 大 多 数 PLL 都 是 利 用 数 字 电 流 电 荷 泵 输 出 通 过 一 个 环 路 滤 波 器 控 制 VCO 通 常 需 要 用 二 阶 或 三 阶 的 RC 环 路 滤 波 器 滤 除 电 荷 泵 的 数 字 脉 冲 电 流, 得 到 模 拟 控 制 电 压 处 理 好 环 路 的 各 个 接 地 节 点 是 非 常 重 要, 最 安 全 的 做 法 就 是 让 各 个 节 点 独 自 接 地, 如 果 不 行, 那 就 要 小 心 的 处 理 了, 靠 近 电 荷 泵 输 出 的 电 容 必 须 直 接 与 电 荷 泵 电 路 的 地 连 接 靠 近 另 外 一 端 的 电 容 应 该 与 VCO 的 地 连 接 这 样 的 接 地 方 案 可 以 获 得 较 高 的 系 统 性 能 如 果 违 背 这 些 原 则, 将 会 导 致 相 当 大 的 杂 散 成 分 记 得 在 刚 入 道 1 年 多 设 计 一 个 调 频 收 音 机 时, 当 时 就 把 放 大 器 的 前 级 和 后 级 的 地 连 在 了 一 起, 造 成 了 好 大 麻 烦 其 实 这 和 我 们 生 活 中 行 车 走 路 一 样, 如 果 大 家 都 遵 循 规 则 各 行 其 道, 大 家 都 相 安 无 事, 就 是 有 人 变 道 抢 道 不 遵 循 规 则 才 会 出 了 乱 子

116 PLL 电 路 在 实 际 工 程 设 计 中, 要 想 PLL 电 路 有 好 的 杂 散 特 性, 除 了 要 合 理 的 设 计 好 接 地 外, 还 要 有 好 的 布 局 电 源 布 局 和 去 耦 技 术 由 于 电 荷 泵 中 存 在 较 大 的 电 流 变 化, 电 源 布 线 采 用 星 型 拓 扑 是 非 常 有 有 益 的 措 施 并 且 要 对 电 源 做 好 去 藕 设 计, 如 果 没 有 足 够 的 隔 离 和 去 藕, 电 流 脉 冲 产 生 的 噪 声 会 耦 合 到 VCO 的 电 源, 对 VCO 频 率 进 行 调 制, 这 就 是 我 们 常 听 到 的 VCO 牵 引 必 要 时 还 需 要 一 个 串 联 的 铁 氧 体 元 件 来 提 高 电 源 的 隔 离 度 另 外 电 源 的 布 线 也 要 小 心, 如 果 电 源 布 线 不 合 理, 不 小 心 把 VCO 的 电 源 线 恰 好 位 于 电 荷 泵 电 源 的 下 面, 这 时 VCO 电 源 线 上 就 极 易 引 入 来 自 电 荷 泵 的 噪 声 干 扰, 这 时 无 论 你 再 采 取 什 么 样 的 措 施 都 不 会 有 好 的 效 果, 只 有 重 新 设 计 PCB 了 因 此 我 们 PCB 工 程 师 要 有 看 懂 这 部 分 电 路 的 技 能, 如 果 看 不 太 清 楚 的 话, 一 定 要 想 电 路 设 计 人 员 了 解 清 楚 所 以 要 想 设 计 一 块 好 的 射 频 PCB 必 须 注 意 每 一 个 细 节

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119 LCD 布 线 PCB 设 计 过 程 中, 可 以 在 单 个 层 中 进 行 LCD 布 线

120 无 GND 地 线 影 响 阻 抗

121 1H 地 线 影 响 阻 抗

122 2H 地 线 影 响 阻 抗

123 地 线 影 响 阻 抗 3H

124 电 流 分 布 图

125 数 模 混 合 类 PCB 布 线 数 字 线 布 在 数 字 区 域, 模 拟 线 布 在 模 拟 区 域 数 字 和 模 拟 之 间 的 互 连 线 要 跨 沟 不 现 时 采 用 搭 桥 或 并 接 小 电 容 如 果 信 号 跨 区 则 会 产 生 大 的 EMI 问 题 和 SI 问 题 数 字 区 域 GND 平 面 分 割 沟 模 拟 区 域 小 电 容, 不 允 许 搭 桥 时

126 数 模 混 合 类 PCB 布 线 当 采 取 数 字 地 和 模 拟 地 分 开 于 一 点 相 接 时 的 措 施 电 感 或 磁 珠 零 欧 姆 电 阻 PCB 直 接 铺 铜 箔 电 感 或 磁 珠 只 对 某 个 频 点 的 噪 声 有 显 著 抑 制 作 用, 因 此 使 用 时 需 要 预 先 估 计 噪 声 频 率 对 于 频 率 不 确 定 或 无 法 预 知 的 情 况, 电 感 或 磁 珠 不 合 适 0 欧 电 阻 相 当 于 很 窄 的 电 流 通 路, 能 够 有 效 地 限 制 环 路 电 流, 使 噪 声 得 到 抑 制 电 阻 在 所 有 频 带 上 都 有 衰 减 作 用 (0 欧 电 阻 也 有 阻 抗 ), 它 可 以 看 成 是 一 个 带 宽 很 大 的 噪 声 衰 减 器 不 过 大 部 分 就 直 接 PCB 铺 铜 箔 来 实 现

127 数 字 地 和 模 拟 地 采 用 统 一 地 数 模 混 合 类 PCB 布 线 只 在 物 理 上 分 开, 数 字 部 分 布 在 数 字 区 域, 模 拟 部 分 布 在 模 拟 区 域, 保 证 数 字 信 号 的 返 回 电 流 不 会 流 到 模 拟 部 分 去 模 拟 信 号 在 电 路 板 所 有 层 的 模 拟 区 内 布 线 数 字 信 号 在 数 字 电 路 区 内 布 线 模 拟 区 域 A/D A/D A/D 数 字 区 域

128 数 模 混 合 类 PCB 布 线 混 合 信 号 PCB 设 计 注 意 事 项 将 PCB 分 区 为 独 立 的 模 拟 部 分 和 数 字 部 分 合 适 的 元 器 件 布 局 A/D 转 换 器 跨 分 区 放 置 不 要 对 地 进 行 分 割 在 电 路 板 的 模 拟 部 分 和 数 字 部 分 下 面 敷 设 统 一 地 在 电 路 板 的 所 有 层 中, 数 字 信 号 只 能 在 电 路 板 的 数 字 部 分 布 线 在 电 路 板 的 所 有 层 中, 模 拟 信 号 只 能 在 电 路 板 的 模 拟 部 分 布 线 实 现 模 拟 和 数 字 电 源 分 割 布 线 不 能 跨 越 分 割 电 源 面 之 间 的 间 隙 必 须 跨 越 分 割 电 源 之 间 间 隙 的 信 号 线 要 位 于 紧 邻 大 面 积 地 的 布 线 层 上 分 析 返 回 地 电 流 实 际 流 过 的 路 径 和 方 式 采 用 正 确 的 布 线 规 则

129 差 分 线 差 分 线 的 原 理 和 好 处 : 差 分 信 号, 通 俗 地 说, 就 是 驱 动 端 发 送 两 个 等 值 反 相 的 信 号, 接 收 端 通 过 比 较 这 两 个 电 压 的 差 值 来 判 断 逻 辑 状 态 0 还 是 1 抗 干 扰 能 力 强, 因 为 两 根 差 分 走 线 之 间 的 耦 合 很 好, 当 外 界 存 在 噪 声 干 扰 时, 几 乎 是 同 时 被 耦 合 到 两 条 线 上, 在 接 受 端 相 减 能 有 效 抑 制 EMI, 同 样 的 道 理, 由 于 两 根 信 号 的 极 性 相 反, 他 们 对 外 辐 射 的 电 磁 场 可 以 相 互 抵 消, 耦 合 的 越 紧 密, 泄 放 到 外 界 的 电 磁 能 量 越 少 时 序 定 位 精 确, 由 于 差 分 信 号 的 开 关 变 化 是 位 于 两 个 信 号 的 交 点, 而 不 像 普 通 单 端 信 号 依 靠 高 低 两 个 阈 值 电 压 判 断, 因 而 受 工 艺, 温 度 的 影 响 小, 能 降 低 时 序 上 的 误 差 对 于 我 们 PCB 设 计 这 来 讲, 比 较 让 人 关 注 的 还 是 如 何 处 理 差 分 线 的 走 线 来 实 现 采 用 差 分 线 的 目 的

130 差 分 线 的 处 理 差 分 线 布 线 注 意 事 项 : 差 分 线 布 线 要 平 衡, 当 成 单 根 线 来 走 差 分 线 尽 量 等 长, 差 分 线 尽 量 靠 近, 差 分 线 间 距 最 好 不 要 超 过 2 倍 的 线 宽 差 分 线 一 样 需 要 完 整 的 地 平 面 差 分 线 不 推 荐 采 用 上 下 两 层 布 线 的 方 式

131 差 分 线 设 计 不 要 破 坏 其 平 衡 差 分 线 的 处 理 差 分 平 衡 设 计 能 很 好 的 消 除 共 模 干 扰, 任 何 不 对 称 因 素 都 会 使 差 分 信 号 转 化 为 共 模 信 号 增 加 EMI: 串 扰 线 长 偏 差 不 对 称 阻 抗 不 连 续

132 蛇 形 线 蛇 形 线 我 们 接 触 到 的 大 部 分 是 为 了 匹 配 信 号 延 迟 的 处 理 措 施 在 射 频 和 微 波 类 的 PCB 中 有 作 天 线 用 设 计 的 我 们 这 里 只 对 前 一 种 情 况 做 一 下 讨 论 用 来 取 其 线 电 感 作 滤 波 的 情 况 很 少

133 蛇 形 线 R G B 读 写 脉 冲

134 蛇 形 线 蛇 形 线 的 电 气 模 型 : 驱 动 端 S 接 收 端 Lp

135 蛇 形 线 Lp d 耦 合 距 离 d : 大 于 等 于 4H 平 行 耦 合 长 度 Lp: 小 于 等 于 Tr( 英 寸 ) ( 取 延 迟 与 Tr 的 6 倍 关 系 )

136 蛇 形 线 蛇 形 走 线 要 注 意 点 : 尽 量 增 加 平 行 线 段 的 距 离 S, 至 少 大 于 等 于 4H,H 指 信 号 走 线 到 参 考 平 面 的 距 离 尽 量 减 小 耦 合 长 度 Lp,Lp 的 延 迟 要 小 于 等 于 6Tr 能 不 用 蛇 形 线 的 尽 量 不 要 走 蛇 形 线 如 有 可 能, 采 用 任 意 角 度 的 蛇 形 走 线, 能 有 效 的 减 少 相 互 间 的 耦 合 带 状 线 的 蛇 形 线 引 起 的 信 号 传 输 延 时 小 于 微 带 走 线 高 速 以 及 对 时 序 要 求 较 为 严 格 的 信 号 线, 尽 量 不 要 走 蛇 形 线

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138 射 频 与 数 模 混 合 类 高 速 PCB 设 计 理 清 功 能 方 框 图 网 表 导 入 PCB Layout 工 具 后 进 行 初 步 处 理 的 技 巧 射 频 PCB 布 局 与 数 模 混 合 类 PCB 布 局 无 线 终 端 PCB 常 用 HDI 工 艺 介 绍 信 号 完 整 性 (SI) 的 基 础 概 念 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 特 殊 叠 层 结 构 特 性 阻 抗 的 控 制 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 布 线 规 则 和 技 巧 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 布 线 完 成 后 的 收 尾 处 理 PCB 板 级 的 ESD 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 板 级 的 EMC/EMI 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 中 的 DFM 设 计 FPC 柔 性 PCB 设 计 设 计 规 范 的 必 要 性

139 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 布 线 完 成 后 的 收 尾 处 理 表 面 地 铺 铜 的 处 理 优 化 射 频 关 键 路 径 上 元 器 件 的 寄 生 效 应 配 合 阻 抗 需 求 挖 空 地 平 面 地 孔 VIA 的 处 理 模 拟 与 数 字 电 源 平 面

140 模 拟 与 数 字 电 源 平 面 模 拟 GND/VCC 数 字 GND/VCC

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142 射 频 与 数 模 混 合 类 高 速 PCB 设 计 理 清 功 能 方 框 图 网 表 导 入 PCB Layout 工 具 后 进 行 初 步 处 理 的 技 巧 射 频 PCB 布 局 与 数 模 混 合 类 PCB 布 局 无 线 终 端 PCB 常 用 HDI 工 艺 介 绍 信 号 完 整 性 (SI) 的 基 础 概 念 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 特 殊 叠 层 结 构 特 性 阻 抗 的 控 制 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 布 线 规 则 和 技 巧 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 布 线 完 成 后 的 收 尾 处 理 PCB 板 级 的 ESD 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 板 级 的 EMC/EMI 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 中 的 DFM 设 计 FPC 柔 性 PCB 设 计 设 计 规 范 的 必 要 性

143 PCB 板 级 的 ESD 处 理 方 法 和 技 巧 ESD 概 念 ESD 危 害 ESD 产 生 的 破 坏 机 制 及 干 扰 方 式 ESD 常 用 元 器 件 手 机 PCB 中 的 ESD 处 理

144 ESD 概 念 ESD 概 念 : 静 电 放 电 是 具 有 不 同 静 电 电 位 的 特 体 互 相 靠 近 或 直 接 接 触 引 起 的 电 荷 转 移, 一 般 用 ESD 表 示 ESD 的 英 文 表 示 :ElectroStatic Discharge 静 电 源 与 其 它 物 体 接 触 时, 依 据 电 荷 中 和 的 原 则, 存 在 着 电 荷 流 动, 传 送 足 够 的 电 量 以 抵 消 电 压 在 高 速 电 量 的 传 送 过 程 中, 将 产 生 潜 在 的 破 坏 电 压 电 流 以 及 电 磁 场, 严 重 时 将 其 中 物 体 击 毁 这 就 是 静 电 放 电

145 ESD 危 害 : ESD 危 害 静 电 对 器 件 造 成 的 损 坏 有 显 性 和 隐 性 两 种 显 性 损 害 问 题 很 直 观 明 了, 如 ESD 会 导 致 电 子 设 备 严 重 损 坏 或 操 作 失 常 ; 隐 性 损 坏 在 当 时 看 不 出 来, 但 器 件 变 得 更 脆 弱, 在 过 压 高 温 等 条 件 下 极 易 损 坏 在 干 燥 的 环 境 和 冬 季 里, 人 体 上 的 瞬 间 静 电 会 达 到 8~10kV, 有 时 达 到 12~15kV, 更 高 的 甚 至 到 20 ~ 30kV 人 有 时 在 冬 季 当 手 接 触 金 属 物 体 时 发 生 被 电 击 现 象, 我 们 的 集 成 IC 虽 然 也 做 了 静 电 保 护, 但 级 别 都 很 远 远 不 够, 基 本 上 是 在 2kV 级 别, 如 果 我 们 的 设 计 不 去 考 虑 ESD 的 问 题, 则 使 产 品 面 临 很 大 的 ESD 危 害

146 ESD 产 生 的 破 坏 机 制 及 干 扰 方 式 ESD 产 生 的 破 坏 机 制 及 干 扰 方 式 : ESD 两 种 主 要 的 破 坏 机 制 是 : 由 ESD 电 流 产 生 热 量 导 致 设 备 的 热 失 效 ; 由 ESD 感 应 出 过 高 电 压 导 致 绝 缘 击 穿 两 种 破 坏 可 能 在 一 个 设 备 中 同 时 发 生 另 外 ESD 也 极 易 对 电 子 电 路 造 成 干 扰, 静 电 放 电 对 电 子 电 路 的 干 扰 有 二 种 方 式 一 种 是 传 导 干 扰, 另 一 种 是 辐 射 干 扰 目 前 各 国 和 地 区 也 纷 纷 制 定 了 符 合 自 己 的 ESD 强 制 标 准, 如 我 国 的 的 CCC

147 ESD 常 用 元 器 件 ESD 常 用 元 器 件 : 瞬 态 电 压 抑 制 器 TVS 它 是 半 导 体 器 件, 由 于 其 最 大 特 点 是 快 速 反 应 (1ns~5ns) 非 常 低 的 极 间 电 容 (1pf~3pf), 很 小 的 漏 电 流 (1μA) 和 很 大 的 耐 流 量, 尤 其 是 其 结 合 芯 片 的 方 式, 非 常 适 合 各 种 接 口 的 防 护 压 敏 电 阻 MOV 它 是 陶 瓷 元 件, 内 部 发 热 量 很 大, 响 应 速 度 慢, 性 能 会 因 多 次 使 用 而 变 差, 极 间 电 容 大 闸 流 二 极 管 它 是 半 导 体 元 件, 开 始 时 不 会 导 通, 当 过 电 压 上 升 到 闸 流 管 的 放 电 电 压 时, 导 通 并 产 生 放 电 电 流 气 体 放 电 管 (GDT) 它 是 具 有 一 定 气 密 的 玻 璃 或 陶 瓷 外 壳, 中 间 充 满 稳 定 的 气 体, 如 氖 或 氩, 并 保 持 一 定 压 力 GDT 通 流 量 大 极 间 电 容 小, 可 自 行 恢 复 其 缺 点 是 响 应 速 度 太 慢, 放 电 电 压 不 够 精 确, 寿 命 短, 电 性 能 会 随 时 间 变 化

148 手 机 PCB 中 的 ESD 处 理 手 机 的 ESD 环 境 ESD 两 个 最 通 用 的 国 际 标 准 手 机 电 路 中 需 要 进 行 ESD 防 护 的 电 路 手 机 中 有 利 于 ESD 防 护 的 PCB 设 计 手 机 中 有 利 于 ESD 防 护 的 机 壳 设 计

149 手 机 的 ESD 环 境 前 面 提 到 人 体 携 带 的 静 电 是 非 常 高 的, 因 此 可 以 讲 手 机 的 整 个 生 命 周 期 都 处 在 一 个 充 满 静 电 的 环 境 之 中, 如 果 抗 静 电 释 放 (ESD) 设 计 不 好, 则 可 能 导 致 手 机 在 使 用 过 程 中 发 生 锁 死 复 位 数 据 丢 失 和 不 可 靠 等 现 象 另 外 在 手 机 上 市 之 前, 我 国 都 强 行 要 求 进 行 ESD 的 测 试 其 中 接 触 放 电 需 要 做 到 ±8kV 静 电 正 常, 空 气 放 电 需 要 做 到 ±15kV 静 电 正 常, 这 就 对 ESD 的 设 计 提 出 了 较 高 的 要 求 相 信 做 过 这 部 分 的 人 都 已 领 教 了 解 决 ESD 标 准 不 过 而 整 改 的 过 程

150 ESD 两 个 最 通 用 的 国 际 标 准 人 体 模 型 HBM(human body model) 此 标 准 模 拟 接 触 条 件, 应 用 于 器 件 IEC 此 标 准 用 于 系 统 级 的 ESD 防 护 HBM ESD 测 试 通 常 用 于 集 成 电 路, 而 IEC1000 定 义 了 系 统 的 ESD 测 试, 两 者 都 采 用 电 容 通 过 限 流 电 阻 的 放 电 ESD 模 型, 差 别 是 器 件 值 的 大 小 对 HBM, 电 容 值 是 100pF, 限 流 电 阻 是 1500Ω 注 意, 对 于 同 样 的 ESD 电 压,IEC1000 的 峰 值 放 电 电 流 比 HBM 的 几 乎 高 5 倍 IEC1000 采 用 接 触 放 电 及 空 气 放 电 的 方 法 对 设 备 进 行 测 试, 标 准 定 义 接 触 放 电 的 ESD 电 压 为 2kV 至 8kV, 空 气 接 触 的 可 达 15kV IEC1000 规 定 的 电 流 上 升 时 间 小 于 1ns, 需 要 防 护 器 件 的 响 应 非 常 快

151 ESD 模 型 双 极 ESD 脉 冲 发 生 器 被 测 系 统 ESD 模 型 IEC1000 :150pF 电 容 通 过 330 电 阻 放 电 HBM : 100pF 电 容 通 过 1500Ω 电 阻 放 电

152 ESD 典 型 电 流 波 形

153 手 机 电 路 中 需 要 进 行 ESD 防 护 的 电 路 手 机 电 路 中 需 要 进 行 ESD 防 护 的 电 路 SIM(UIM) 卡 的 CPU 读 卡 电 路 LCD 背 光 电 路 ( 此 电 路 在 制 造 时 已 采 取 了 TVS 防 护 ) 电 源 借 口 LCD 驱 动 接 口 USB 接 口 键 盘 电 路 耳 机 与 麦 克 风 电 路 数 据 接 口

154 手 机 PCB 中 的 ESD 设 计 对 于 静 电 我 们 可 以 形 象 地 归 为 : 堵 疏 躲 得 宗 旨 针 对 手 机 中 需 要 进 行 ESD 防 护 的 电 路 进 行 增 强 ESD 防 护 主 要 由 硬 件 工 程 师 来 设 计 合 适 的 ESD 防 护 电 路, 其 实 这 部 分 电 路 很 简 单 原 理 就 是 让 可 能 的 ESD 尽 快 卸 放 到 地 ( 从 传 导 即 接 触 放 电 来 讲 ) 根 据 这 一 原 理,PCB 的 布 局 和 布 线 很 重 要 ESD 防 护 器 件 一 定 要 紧 靠 输 入 端 放 置, 布 线 一 定 要 是 先 经 过 ESD 防 护 器 件

155 疏 ESD 的 堵 疏 躲 主 要 是 通 过 硬 件 方 法 快 速 的 把 ESD 分 流 到 地 堵 主 要 是 通 过 屏 蔽 的 方 法 把 ESD 堵 住 躲 主 要 是 通 过 合 理 的 设 计 结 构 去 躲 开 ESD 前 面 一 种 主 要 针 对 接 触 放 电 (ESD 的 传 导 ), 后 面 二 者 主 要 针 对 空 气 放 电 (ESD 的 辐 射 )

156 ESD 在 PCB 中 的 处 理 - 重 要 线 的 处 理 Vbat 电 源 线 与 其 他 的 线 距 离 大 于 0.2mm, 复 位 线 时 钟 线 要 远 离 板 边 及 ESD 意 引 入 点 这 里 要 注 意, 我 们 手 机 有 时 为 了 外 观 会 有 按 键 电 镀 这 是 要 注 意 此 按 键 下 通 过 的 信 号 表 面 最 后 铺 铜 要 手 工 修 整, 不 要 有 尖 角 产 生,ESD 的 波 长 很 丰 富, 我 们 知 道 1/4 波 长 是 天 线 效 应 最 厉 害 的, 即 使 是 1/16 波 长 其 天 线 效 应 也 是 非 常 厉 害 的 常 说 的 尖 端 放 电 也 是 其 道 理 另 外 要 尽 可 能 的 增 加 地 的 面 积, 地 的 容 量 大 了, 能 使 ESD 尽 快 地 泄 放 掉 例 如 有 的 在 机 壳 上 涂 一 层 导 电 材 料 并 于 设 计 地 相 连, 当 然 这 样 也 起 到 EMI 的 屏 蔽 效 能

157 ESD 的 堵 用 堵 的 方 法 来 防 护 ESD 的 措 施, 主 要 工 作 和 方 法 主 要 体 现 在 手 机 的 机 壳 设 计 上 就 是 尽 量 不 让 ESD 进 入 手 机 的 机 壳 内 部, 最 大 限 度 的 减 弱 ESD 进 入 机 壳 体 内 的 能 量 尽 量 不 要 使 用 金 属 装 饰 物, 这 里 处 理 不 好 则 将 是 静 电 的 一 处 入 口, 尽 可 能 的 增 大 外 壳 到 内 部 电 路 之 间 气 隙 的 距 离,ESD 随 距 离 的 衰 减 很 大

158 ESD 的 躲 用 躲 的 方 法 来 防 护 ESD 的 措 施, 主 要 工 作 和 方 法 主 要 体 现 在 让 那 些 ESD 敏 感 电 路 远 离 可 能 会 引 入 ESD 的 地 方 例 如 我 们 要 求 重 要 的 信 号 线 复 位 健 时 钟 线 等 不 要 靠 板 边 即 ESD 已 发 生 位 置, 就 是 这 个 概 念, 把 对 ESD 敏 感 电 路 多 增 加 壳 体 到 电 路 的 距 离, 因 为 ESD 随 距 离 衰 减 很 快

159 ESD 内 容 小 结 主 要 介 绍 了 ESD 的 概 念 和 危 害 以 及 实 际 工 程 中 利 用 堵 疏 和 躲 的 思 路 方 法 去 防 护 ESD

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161 射 频 与 数 模 混 合 类 高 速 PCB 设 计 理 清 功 能 方 框 图 网 表 导 入 PCB Layout 工 具 后 进 行 初 步 处 理 的 技 巧 射 频 PCB 布 局 与 数 模 混 合 类 PCB 布 局 无 线 终 端 PCB 常 用 HDI 工 艺 介 绍 信 号 完 整 性 (SI) 的 基 础 概 念 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 特 殊 叠 层 结 构 特 性 阻 抗 的 控 制 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 布 线 规 则 和 技 巧 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 布 线 完 成 后 的 收 尾 处 理 PCB 板 级 的 ESD 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 板 级 的 EMC/EMI 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 中 的 DFM 设 计 FPC 柔 性 PCB 设 计 设 计 规 范 的 必 要 性

162 PCB 板 级 的 EMC/EMI 处 理 方 法 和 技 巧 EMC 概 念 EMC 现 象 EMI 三 要 素 EMI 预 防 常 用 措 施 EMC 与 产 品 研 发 关 系 图 PCB 中 的 EMC 设 计

163 EMC 概 念 EMC(Electromagnetic Compatibility ) 定 义 : 设 备 或 系 统 在 其 电 磁 环 境 中 能 正 常 工 作 且 不 对 该 环 境 中 任 何 事 务 构 成 不 能 承 受 的 电 磁 扰 动 (disturbance) 的 能 力. 用 数 学 公 式 来 表 示 其 定 义 为 : 电 磁 兼 容 (EMC )= 电 磁 干 扰 (EMI)+ 电 磁 抗 扰 (EMS) EMI(Electromagnetic Interference ) 定 义 : 电 磁 骚 扰 引 起 的 设 备 转 输 通 道 或 系 统 性 能 的 下 降 EMS(Electromagnetic Susceptibility ) 定 义 : 在 存 在 电 磁 骚 扰 的 情 况 下, 装 置 设 备 或 系 统 抗 干 扰 能 力 ( 至 于 其 他 的 概 念 由 于 不 是 讲 课 的 主 体 这 里 就 不 一 一 介 绍 了, 我 们 后 续 还 会 开 设 一 个 关 于 这 方 面 比 较 详 细 的 课 题 --- 符 合 EMC 和 SI 要 求 的 高 速 PCB 设 计 如 果 大 家 觉 得 能 从 我 的 讲 课 中 能 学 到 不 少 东 西 的 话, 并 对 这 个 课 题 感 兴 趣 的 话, 继 续 联 系 孙 志 忠, 要 是 觉 得 没 啥 可 学 的 话, 大 家 可 别 到 处 张 扬 哦, 我 们 也 不 妨 效 仿 一 下 利 益 最 大 化 的 概 念

164 EMC 现 象 CDMA 手 机 辐 射 量 级 在 15~50 uw/ 平 方 厘 米 之 间 ; GSM 手 机 辐 射 量 级 大 都 在 800 uw/ 平 方 厘 米, 最 高 可 达 1000 内 藏 式 天 线 小 于 外 置 式 天 线, 但 内 置 天 线 手 机 的 背 部 电 磁 辐 射 比 前 面 多 出 好 几 倍 手 机 在 拨 号 至 接 通 时 最 强 手 机 电 磁 辐 射 的 一 半 被 人 体 吸 收, 其 中 1/4 被 人 脑 吸 收 日 常 生 活 中 的 例 子 很 多

165 EMI 三 要 素 形 成 电 磁 干 扰 必 须 同 时 具 备 以 下 三 个 要 素 : 电 磁 干 扰 源 所 谓 电 磁 干 扰 源, 就 是 指 产 生 电 磁 干 扰 元 件 器 件 分 系 统 系 统 或 自 然 现 象 耦 合 途 径 或 耦 合 通 道 所 谓 耦 合 途 径 或 耦 合 通 道, 就 是 指 能 把 能 量 从 干 扰 源 耦 合 ( 或 传 输 ) 到 敏 感 设 备 上, 并 且 该 设 备 产 生 相 应 的 媒 介 敏 感 设 备 所 谓 敏 感 设 备, 就 是 指 对 电 磁 干 扰 发 生 响 应 的 设 备

166 EMI 预 防 常 用 措 施 由 于 形 成 电 磁 干 扰 必 须 同 时 具 备 电 磁 干 扰 源 耦 合 途 径 或 耦 合 通 道 和 敏 感 设 备 这 三 个 要 素, 因 此, 我 们 研 究 如 何 预 防 电 磁 干 扰 的 措 施 和 方 法, 实 质 上 就 是 研 究 如 何 去 改 善 和 控 制 形 成 电 磁 干 扰 的 这 三 个 必 备 要 素, 只 要 我 们 能 完 成 破 坏 其 中 的 一 个 要 素 的 存 在, 那 我 们 也 就 实 现 了 我 没 所 希 望 的 EMC 标 准 从 以 上 原 因 我 们 工 程 上 一 般 采 取 的 预 防 电 磁 干 扰 的 常 用 措 施 有 以 下 几 个 技 术 屏 蔽 技 术 滤 波 技 术 接 地 技 术 上 面 是 我 们 在 进 行 EMI 整 改 过 程 中 常 用 的 手 段, 但 是 在 我 们 PCB 设 计 中 也 有 很 多 改 善 EMI 的 方 法, 其 实 利 用 PCB 设 计 技 术 来 改 善 EMI 是 最 行 之 有 效 和 最 经 济 的 方 法

167 EMC 与 产 品 研 发 关 系 图 解 决 设 计 初 期 设 计 中 期 设 计 后 期 EMC 的 问 题 可 用 技 术 花 费 产 品 开 发 时 间

168 PCB 中 的 EMC 设 计 从 PCB 的 叠 层 考 虑 PCB 叠 层 的 原 则 : 每 一 布 线 层 要 相 邻 一 个 完 整 平 面 电 源 层 要 与 地 层 相 邻 平 衡 的 分 层 干 扰 比 较 强, 走 线 又 有 点 长 的 线 要 走 到 内 层, 并 且 其 相 邻 的 上 下 两 层 是 GND, 这 样 可 以 把 EMI 屏 蔽 在 内 层 RF 元 件 面 紧 邻 层 为 GND 可 以 防 止 RF 泄 露 干 扰 到 内 层

169 电 流 回 流 路 径 - 映 像 平 面 映 像 平 面 的 定 义 射 频 电 流 必 须 经 由 一 个 先 前 定 义 好 的 路 径 或 其 它 路 径, 回 到 电 流 源 ; 简 言 之, 这 个 回 传 路 径 (return path) 就 是 一 种 映 像 平 面 映 像 平 面 可 能 是 原 先 的 走 线 的 镜 像 (mirror image), 或 位 于 附 近 的 另 一 个 路 径 ---- 亦 即 串 扰 (crosstalk); 映 像 平 面 也 许 就 是 电 源 平 面 接 地 平 面, 或 者 自 由 空 间 (free space) 射 频 电 流 会 以 电 容 或 电 感 的 形 式 与 任 何 传 输 线 耦 合, 只 要 此 传 输 线 的 阻 抗 比 先 前 定 义 好 的 路 径 的 阻 抗 小 不 过, 为 了 符 合 EMC 标 准, 必 须 避 免 让 自 由 空 间 成 为 回 传 路 径 自 由 空 间 的 波 阻 抗 为 377 欧 姆 ( 平 面 波 概 念 )

170 回 路 面 积 电 感 是 通 过 封 闭 回 路 的 磁 通 量 和 产 生 磁 通 量 的 电 流 之 比 值, 在 一 个 封 闭 回 路 中, 电 感 值 与 回 路 形 状 和 大 小 有 关 当 设 计 PCB 时, 工 程 师 经 常 会 忽 视 走 线 的 电 感 大 小 电 感 永 远 和 封 闭 迴 路 有 关 因 此 要 想 有 好 的 EMC 特 性 就 要 想 办 法 减 小 回 路 的 面 积 这 里 就 很 容 易 理 解 为 何 高 速 高 频 线 的 回 流 路 线 总 是 沿 着 信 号 线 的 正 下 方 回 路 是 射 频 能 量 传 播 最 主 要 的 媒 介, 因 此, 接 地 或 信 号 回 传 回 路 控 制 是 抑 制 PCB 内 的 电 磁 干 扰 的 最 重 要 设 计 考 量 之 一 高 速 的 逻 辑 元 件 和 振 荡 器 应 该 尽 量 靠 近 接 地 电 路, 以 避 免 形 成 大 的 回 路 在 PCB 设 计 中 回 路 控 制 始 终 都 不 要 忽 略, 大 的 回 路 容 易 被 静 电 释 放 (ESD) 或 电 磁 场 感 应, 变 成 一 个 天 线, 产 生 大 的 EMI 多 层 板 的 PCB 可 以 减 轻 ESD 的 破 坏, 并 能 减 少 磁 场 的 产 生, 避 免 它 辐 射 至 自 由 空 间

171 EMI EMI 以 电 场 和 磁 场 的 形 式 传 播 减 弱 这 些 场 的 最 有 效 的 方 法 是 将 电 路 板 装 进 金 属 盒 里 完 全 屏 蔽 EMI 超 标 是 多 方 面 的 因 素 综 合 结 果, 电 路 设 计 元 器 件 选 用 PCB 设 计 等 等, 单 从 PCB 设 计 上 来 讲 遵 循 和 掌 握 相 关 EMC/EMI 处 理 技 术 是 解 决 EMC/EMI 问 题 最 有 实 效 的 措 施, 也 最 经 济 采 用 多 层 板 可 减 少 产 生 辐 射 的 环 路 面 积, 而 减 少 环 路 面 积 可 让 整 个 电 路 板 的 感 应 系 数 最 小 化 设 计 工 程 师 应 该 使 走 线 和 电 源 线 尽 量 短 在 高 频 下, 这 些 电 线 呈 感 性, 且 很 可 能 成 为 EMI 干 扰 源 要 想 使 电 源 噪 声 最 小 化, 去 耦 电 容 非 常 必 要 这 些 电 容 能 有 效 减 少 环 路 面 积, 将 辐 射 发 射 降 到 最 低

172 LCD 模 块 布 线 对 RF 的 干 扰 在 手 机 PCB 设 计 过 程 中,LCD 模 块 的 布 线 安 排 不 合 理 会 影 响 RF 的 性 能, 在 设 计 中 我 们 可 以 把 这 一 部 分 的 线 安 排 在 单 独 的 一 层, 或 安 排 在 远 离 RF 的 一 层 来 实 现 翻 盖 机 连 接 上 盖 的 FPC 对 天 线 也 很 容 易 造 成 干 扰

173 PCB 设 计 与 EMI PCB 布 线 时, 要 把 数 字 和 射 频 部 分 很 好 的 隔 离 开, 必 须 保 证 地 平 面 有 很 好 的 完 整 性 一 些 电 源 和 信 号 线 必 须 进 行 有 效 的 电 容 滤 波, 并 给 以 足 够 的 关 心 确 保 RF 电 源 已 经 很 好 地 滤 波 对 不 同 的 RF 线 路 使 用 单 独 的 电 源 供 电 实 际 工 作 中 出 现 过 下 面 这 种 情 况 : 在 RF 部 分 不 工 作 的 时 候 CPU 及 其 它 相 关 外 设 工 作 正 常 ; 可 是 当 RF 启 动 工 作 时 候,CPU 与 RF 无 关 的 端 口 都 受 到 了 类 似 于 尖 脉 冲 的 干 扰 这 种 情 况 就 是 由 于 RF 部 分 没 有 很 好 地 与 CPU 部 分 隔 离 造 成 的 在 射 频 类 PCB 设 计 中 一 定 要 处 理 好 不 同 电 路 模 块 的 隔 离

174 PCB 设 计 与 EMI RF 端 口 匹 配 结 果 好 坏 直 接 影 响 RF 信 号 质 量 因 此 要 从 PCB 设 计 方 面 要 小 心 处 理 RF 端 口 的 相 关 匹 配 电 路, 并 且 尽 量 减 少 匹 配 电 路 的 寄 生 参 数

175

176 电 源 处 理 尽 量 不 要 使 用 DC-DC 开 关 电 源, 以 减 少 开 关 电 源 对 RF 电 路 的 响 可 以 增 加 电 容 来 滤 除 对 直 流 线 路 的 影 响, 也 可 以 使 用 针 对 RF 线 路 的 专 用 LDO 去 藕 电 容 的 摆 放 及 去 藕 电 容 的 布 线 射 频 电 源 布 线 采 用 星 型 拓 扑 结 构 有 关 针 对 开 关 电 源 的 EMC/EMI 处 理 方 法 和 技 巧 这 里 将 不 涉 及, 如 果 大 家 感 兴 趣 的 话 请 关 注 我 们 下 一 课 体 符 合 EMC 与 SI 要 求 的 高 速 PCB 设 计

177 频 率 处 理 模 块 PLL VCO VXCO LO 等 这 些 频 率 处 理 模 块 的 泄 漏 干 扰 对 RF 电 路 影 响 较 大, 设 计 中 要 特 别 小 心 如 果 空 间 允 许 的 话, 最 好 能 对 这 部 分 设 计 单 独 的 屏 蔽 体, 把 这 一 部 分 单 独 屏 蔽 起 来

178 EMI 在 高 速 信 号 线 过 孔 附 近 增 加 地 过 孔 或 小 电 容 提 供 回 流 通 路 在 高 速 信 号 线 跨 越 平 面 分 割 沟 时 采 取 搭 桥 或 电 容 提 供 回 流 通 路 地 平 面 或 电 源 平 面 分 割 沟

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180 信 号 混 合 电 路 EMI 防 治 模 拟 与 数 位 信 号 须 分 区 布 线 所 有 类 比 信 号 要 在 类 比 区 内 布 线 ( 包 含 地, 电 源 及 信 号 线 ) 所 有 数 位 信 号 要 在 数 位 区 内 布 线 ( 包 含 地, 电 源 及 信 号 线 ) 严 禁 模 拟 或 数 位 信 号 直 接 跨 区 布 线 AD IC 晶 片 下 方 严 禁 布 线 不 过 现 在 的 AD 或 DA 的 肚 子 下 方 都 有 一 个 散 热 大 焊 盘, 都 有 热 设 计 要 求, 因 此 做 好 热 设 计 也 非 常 重 要

181 屏 蔽 屏 蔽 就 是 利 用 金 属 对 两 个 空 间 区 域 进 行 隔 离, 以 阻 止 电 场 磁 场 和 电 磁 波 有 一 个 区 域 对 另 一 个 区 域 而 发 生 的 感 应 ( 被 干 扰 ) 和 辐 射 ( 干 扰 源 ) 具 体 来 讲, 就 是 利 用 屏 蔽 体 将 元 器 件 电 路 设 备 或 整 个 系 统 等 干 扰 源 屏 蔽 起 来, 以 防 止 电 磁 场 向 外 扩 散, 从 而 对 外 产 生 干 扰 ; 利 用 屏 蔽 体 将 敏 感 电 路 设 备 或 整 个 系 统 屏 蔽 起 来, 以 防 止 受 到 外 界 电 磁 场 的 干 扰 可 以 看 出, 屏 蔽 是 我 们 解 决 辐 射 干 扰 的 最 好 的 方 法, 也 是 最 简 单 最 省 事 和 最 有 效 果 的 方 法

182 屏 蔽 屏 蔽 体 是 如 何 来 实 现 阻 止 电 磁 波 : 吸 收 电 磁 波 能 量 ( 涡 流 损 耗 ) 反 射 电 磁 波 能 量 抵 消 电 磁 波 能 量 ( 反 射 和 抵 消 电 磁 波 能 量, 都 是 利 用 电 磁 波 在 屏 蔽 体 上 的 界 面 反 射 原 理, 反 射 电 磁 场 可 以 抵 消 部 分 干 扰 电 磁 波 ) 有 关 屏 蔽 方 面 的 原 理 由 于 时 间 的 关 系 这 里 不 也 不 再 深 入 地 讲 解, 在 我 们 另 一 个 课 题 里 再 作 详 细 的 讨 论

183 输 出 与 输 入 远 离 滤 波 输 出 输 入

184 滤 波 电 源 传 导 测 试 实 验 (FCC)

185 滤 波 上 面 举 的 实 例 是 一 个 针 对 电 源 传 导 试 验 的 改 善 方 法, 可 能 有 不 少 人 会 认 为 这 和 PCB 设 计 没 啥 关 系, 其 实 大 家 在 仔 细 想 想, 不 要 非 常 孤 立 的 看 这 个 实 例, 所 有 解 决 问 题 的 原 理 是 相 通 的 我 们 从 这 个 例 子 中 至 少 可 以 有 以 下 技 术 可 借 鉴 : 多 路 滤 波 器 设 计 时 滤 波 器 摆 放 位 置, 前 面 我 们 也 有 这 个 问 题 的 实 例 已 被 干 扰 线 或 干 扰 比 较 强 的 线 按 排 在 内 层 并 且 其 上 下 都 相 邻 地 平 面 ( 屏 蔽 原 理 ) 接 地 处 理 输 出 与 输 入 远 离

186 EMC 工 程 实 例 在 看 下 面 实 例 之 前, 大 家 来 谈 谈 时 钟 布 线 的 注 意 事 项? 大 家 来 谈 谈 自 己 在 实 际 产 品 设 计 中 是 如 何 对 晶 振 时 钟 布 线 进 行 处 理 和 注 意 事 项?

187 EMC 有 关 EMC 方 面 的 介 绍 就 不 多 讲 了, 如 果 大 家 对 这 一 部 分 非 常 感 兴 趣 的 话 请 关 注 我 们 下 面 即 将 推 出 的 课 题 ---- 符 合 EMC 与 SI 要 求 的 高 速 PCB 设 计 在 这 一 课 题 里 将 会 很 详 细 地 进 行 讲 解

188

189 内 容 小 结 减 少 RF 干 扰 的 基 本 原 则 是 一 定 要 加 强 匹 配 和 隔 离 牢 记 的 关 键 点 如 果 可 能, 尽 量 使 用 多 层 电 路 板 它 们 能 有 效 减 少 环 路 面 积, 限 制 电 磁 场 另 外, 去 耦 电 容 应 靠 近 电 源, 电 路 板 上 的 所 有 走 线 应 尽 可 能 短 一 根 长 电 线 会 成 为 传 播 电 磁 场 的 天 线 布 局 和 布 线 考 虑 得 好 了,EMC/EMI 也 会 好 很 多, 很 多 问 题 不 能 孤 立 来 看

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191 射 频 与 数 模 混 合 类 高 速 PCB 设 计 理 清 功 能 方 框 图 网 表 导 入 PCB Layout 工 具 后 进 行 初 步 处 理 的 技 巧 射 频 PCB 布 局 与 数 模 混 合 类 PCB 布 局 无 线 终 端 PCB 常 用 HDI 工 艺 介 绍 信 号 完 整 性 (SI) 的 基 础 概 念 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 特 殊 叠 层 结 构 特 性 阻 抗 的 控 制 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 布 线 规 则 和 技 巧 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 布 线 完 成 后 的 收 尾 处 理 PCB 板 级 的 ESD 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 板 级 的 EMC/EMI 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 中 的 DFM 设 计 FPC 柔 性 PCB 设 计 设 计 规 范 的 必 要 性

192 DFM 设 计 DFM 概 念 DFM 的 优 点 和 好 处 不 良 设 计 在 生 产 中 的 危 害 SMT 中 常 出 现 的 问 题 焊 接 工 艺 对 PCB 设 计 的 要 求 内 容 小 结

193 DFM 概 念 可 制 造 性 设 计 DFM--Design For Manufacture 是 PCB 设 计 保 证 符 合 后 续 产 品 可 制 造 性 质 量 的 有 效 方 法 DFM 就 是 从 产 品 开 发 设 计 时 起, 就 考 虑 到 可 制 造 性 和 可 测 试 性, 使 设 计 和 制 造 之 间 紧 密 联 系, 实 现 从 设 计 到 制 造 一 次 成 功 的 目 的

194 DFM 的 优 点 和 好 处 DFM 的 发 展 史 创 始 于 70 年 代 初, 1991 年 DFM 的 应 用 于 美 国 制 造 业, 并 对 美 国 制 造 竞 争 优 势 的 形 成 做 出 贡 献, 美 国 总 统 布 什 给 创 始 人 G. 布 斯 劳 博 士 和 P. 德 赫 斯 特 博 士 颁 发 了 美 国 国 家 技 术 奖 从 这 一 点 我 们 就 可 以 看 得 出 DFM 在 制 造 业 的 重 要 性 和 优 点 有 许 多 国 际 知 名 大 公 司 曾 做 过 相 关 统 计 调 查, 从 中 发 现 75% 的 制 造 成 本 取 决 于 设 计 说 明 和 设 计 规 范,70-80% 的 生 产 缺 陷 是 由 于 设 计 原 因 造 成 的 许 多 公 司 采 取 规 范 的 DFM 设 计 后, 产 品 制 造 不 良 率 大 幅 下 降, 不 难 看 出 DFM 具 有 缩 短 开 发 周 期 降 低 成 本 提 高 产 品 质 量 等 优 点, 是 企 业 产 品 取 得 成 功 的 途 径

195 现 代 设 计 DFX 系 列 介 绍 1994 年 SMTA 首 次 提 出 DFX 概 念, DFX 将 不 同 团 队 的 资 源 组 织 在 一 起, 共 同 参 与 产 品 的 设 计 和 制 造 过 程 通 过 发 挥 团 队 的 共 同 作 用, 实 现 缩 短 产 品 开 发 周 期, 提 高 产 品 质 量 可 靠 性 DFM: Design for Manufacturing 可 制 造 性 设 计 DFT: Design for Test 可 测 试 性 设 计 DFD: Design for Diagnosibility 可 分 析 性 设 计 DFA: Design for Aseembly 可 装 配 性 设 计 DFE: Desibn for Enviroment 环 保 设 计 DFF: Design for Fabrication of the PCB PCB 可 加 工 性 设 计 DFS: Design for Sourcing 物 流 设 计 DFR: Design for Reliability 可 靠 性 设 计

196 不 良 设 计 在 生 产 中 的 危 害 造 成 大 量 焊 接 缺 陷 增 加 修 板 和 返 修 工 作 量 增 加 工 艺 流 程 增 加 成 本 返 修 可 能 会 损 坏 元 器 件 和 印 制 板 返 修 后 影 响 产 品 的 可 靠 性 造 成 可 制 造 性 差, 增 加 工 艺 难 度, 影 响 设 备 利 用 率, 降 低 生 产 效 率 严 重 时 由 于 无 法 实 施 生 产 需 要 重 新 设 计, 导 致 整 个 产 品 的 实 际 开 发 时 间 延 长, 失 去 市 场 竞 争 的 机 会

197 焊 盘 结 构 尺 寸 不 正 确 SMT 中 常 出 现 的 问 题 焊 盘 结 构 实 际 尺 寸 大 小 不 一 致 ( 热 不 平 衡, 移 位 立 桥 ) 通 孔 设 计 不 正 确 通 孔 20mil BGA 钢 网 外 延, 漏 锡, 塞 孔 阻 焊 和 丝 网 加 工 在 焊 盘 上 造 成 焊 接 不 良 可 能 是 设 计 ; 可 能 是 PCB 制 造 加 工 精 度 差 造 成 的 在 设 计 中 一 般 都 要 把 阻 焊 开 窗 比 焊 盘 大 4-5mil

198 元 器 件 布 局 不 合 理 SMT 中 常 出 现 的 问 题 波 峰 焊 SMD 传 送 方 向

199 SMT 中 常 出 现 的 问 题 基 准 点 (Mark) PCB 外 形 尺 寸 定 位 孔 和 夹 持 边 的 设 置 不 正 确 造 成 不 认 Mark 频 繁 停 机, PCB 异 形 PCB 尺 寸 过 大 过 小 定 位 孔 不 标 准, 造 成 无 法 上 板 定 位 孔 和 夹 持 边 附 近 有 元 器 件, 只 能 采 用 人 工 补 贴 拼 板 槽 附 近 的 元 器 件 摆 放 不 正 确, 裁 板 时 造 成 损 坏 元 器 件 VIA 孔 厚 比 设 置 不 合 理, 会 造 成 VIA 电 镀 不 充 分 PCB 板 材 Tg 偏 小 造 成 孔 在 受 热 后 铜 箔 断 裂 等 等 还 有 很 多 方 面 这 里 就 不 讲 了, 后 续 的 一 个 课 题 里 面 会 较 为 详 细 的 讲 解, 建 议 大 家 有 时 间 去 SMT 线 上 看 看, 了 解 了 解

200 焊 接 工 艺 对 PCB 设 计 的 要 求 这 里 也 不 多 讲, 稍 微 提 一 下, 大 家 有 兴 趣 回 头 自 己 去 研 究, 后 续 我 们 将 举 办 的 另 一 课 题 : 符 合 EMC 与 SI 要 求 的 高 速 PCB 设 计 里 面 会 较 详 细 地 介 绍 在 这 一 方 面, 除 了 上 节 提 到 的 那 些 要 求 正 确 设 计 外, 尽 量 能 用 一 种 焊 接 工 艺 完 成 得 就 用 一 种, 能 在 一 面 的 就 在 一 面 完 成, 就 是 本 着 越 简 单 越 好 对 于 焊 接 反 馈 意 见 或 问 题 点 要 多 去 了 解, 多 和 SMT 或 工 艺 工 程 事 交 流, 这 都 有 助 于 改 善 我 们 的 设 计 下 面 我 们 针 对 手 机 PCB 设 计 中 如 何 去 兼 顾 这 些 DFM 设 计 要 求 做 一 些 简 单 的 讨 论

201 手 机 PCB 设 计 中 的 DFM 探 讨 由 于 手 机 的 可 利 用 面 积 很 小, 这 就 造 成 许 多 设 计 都 和 常 规 DFM 设 计 原 则 有 冲 突, 大 家 如 果 见 过 手 机 PCB 板 就 会 发 现 元 器 件 既 没 有 丝 印, 元 器 件 密 度 又 非 常 的 高, 但 这 些 又 的 符 合 DFM 要 求, 这 就 要 求 一 切 都 要 从 最 严 格 方 面 来 控 制 设 计

202 DFM 设 计

203 DFM 设 计 光 学 定 位 点 设 计 光 学 定 位 点 又 习 惯 称 为 Mark 点 或 基 准 点, 其 对 SMT 生 产 至 关 重 要 : 为 装 配 工 艺 中 的 所 有 步 骤 提 供 共 同 的 可 测 量 点, 保 证 了 装 配 使 用 的 每 个 装 备 能 精 确 地 定 位 电 路 图 案 光 学 定 位 点 的 形 状 要 求

204 DFM 设 计 光 学 定 位 点 设 计 光 学 定 位 点 的 种 类 : 拼 板 光 学 定 位 点 --- 拼 板 上 辅 助 定 位 单 板 光 学 定 位 点 --- 单 块 板 上 定 位 所 有 电 路 特 征 的 位 置, 必 不 可 少 局 部 光 学 定 位 点 ---- 为 了 提 高 精 度, 局 部 基 准 点, 必 不 可 少

205 DFM 设 计 光 学 定 位 点 设 计 光 学 定 位 点 设 计 要 求 图 形 尺 寸 要 求 1mm/3mm 尽 可 能 的 放 在 电 路 板 的 最 长 对 角 线 上, 尽 可 能 的 包 络 所 有 元 件 单 板 PCB 必 须 至 少 有 一 对 光 学 定 位 点, 要 求 焊 接 精 度 高 的 元 器 件 对 角 尽 可 能 的 放 置 一 对 拼 板 时, 单 板 必 须 至 少 有 一 对 光 学 定 位 点, 并 且 相 对 位 置 必 须 一 致, 拼 板 光 学 定 位 点 起 辅 助 定 位 光 学 定 位 点 要 尽 可 能 的 成 对 放 置 同 一 块 PCB 上 的 光 学 定 位 点 大 小 要 一 致 光 学 定 位 点 必 须 离 板 边 大 于 等 于 5mm( 含 工 艺 边 ) 光 学 定 位 点 的 3mm 空 旷 区 内 不 能 有 其 他 任 何 图 形 所 有 光 学 定 位 点 的 背 景 设 置 必 须 一 样

206 DFM 设 计 光 学 定 位 点 设 计 不 良

207 目 前 用 于 DFM 设 计 软 件 Valor 介 绍 Enterprise 3000:DFM- 设 计 专 用 Trilogy 5000:DFM+CAM 设 计 和 装 配 厂 用

208 内 容 小 结 DFM 设 计 规 范 带 给 一 个 企 业 的 益 处 通 过 前 面 的 了 解 可 以 说 是 非 常 巨 大 的, 很 多 公 司 为 此 还 成 立 了 专 门 工 艺 部 门 从 事 这 方 面 的 研 究 和 协 调 工 作, 以 及 编 写 适 合 公 司 内 部 的 相 关 DFM 设 计 规 范 参 考 标 准 但 是 有 相 当 一 大 部 分 公 司 没 有 DFM 相 关 研 究 的 部 门, 这 就 要 求 设 计 工 程 师 必 须 具 备 一 些 相 关 DFM 设 计 知 识 在 产 品 设 计 完 成 后 可 以 借 助 DFM 分 析 软 件 来 检 查 分 析 设 计 缺 陷, 有 时 也 可 借 助 SMT 厂 家 来 帮 忙 分 析

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210 射 频 与 数 模 混 合 类 高 速 PCB 设 计 理 清 功 能 方 框 图 网 表 导 入 PCB Layout 工 具 后 进 行 初 步 处 理 的 技 巧 射 频 PCB 布 局 与 数 模 混 合 类 PCB 布 局 无 线 终 端 PCB 常 用 HDI 工 艺 介 绍 信 号 完 整 性 (SI) 的 基 础 概 念 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 特 殊 叠 层 结 构 特 性 阻 抗 的 控 制 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 布 线 规 则 和 技 巧 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 布 线 完 成 后 的 收 尾 处 理 PCB 板 级 的 ESD 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 板 级 的 EMC/EMI 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 中 的 DFM 设 计 FPC 柔 性 PCB 简 介 设 计 规 范 的 必 要 性

211 手 机 PCB 设 计 --- 实 战 篇 FPC 柔 性 PCB 简 介

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213 射 频 与 数 模 混 合 类 高 速 PCB 设 计 理 清 功 能 方 框 图 网 表 导 入 PCB Layout 工 具 后 进 行 初 步 处 理 的 技 巧 射 频 PCB 布 局 与 数 模 混 合 类 PCB 布 局 无 线 终 端 PCB 常 用 HDI 工 艺 介 绍 信 号 完 整 性 (SI) 的 基 础 概 念 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 特 殊 叠 层 结 构 特 性 阻 抗 的 控 制 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 的 布 线 规 则 和 技 巧 射 频 PCB 与 数 模 混 合 类 PCB 布 线 完 成 后 的 收 尾 处 理 PCB 板 级 的 ESD 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 板 级 的 EMC/EMI 处 理 方 法 和 技 巧 PCB 中 的 DFM 设 计 FPC 柔 性 PCB 简 介 设 计 规 范 的 必 要 性

214 设 计 规 范 的 介 绍

215 谢 谢 大 家

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