說(shuō)到PCB板，很多朋友會(huì)想到它在我們周?chē)S處可見(jiàn)，從一切的家用電器，電腦內(nèi)的各種配件，到各種數(shù)碼產(chǎn)品，只要是電子產(chǎn)品幾乎都會(huì)用到PCB板，那么到底什么是PCB板呢?PCB板就是PrintedCircuitBlock,即印制電路板，供電子組件安插,有線路的基版。通過(guò)使用印刷方式將鍍銅的基版印上防蝕線路,并加以蝕刻沖洗出線路。

PCB板可以分為單層板、雙層板和多層板。各種電子元件都是被集成在PCB板上的，在最基本的單層PCB上，零件都集中在一面，導(dǎo)線則都集中在另一面。這么一來(lái)我們就需要在板子上打洞，這樣接腳才能穿過(guò)板子到另一面，所以零件的接腳是焊在另一面上的。因?yàn)槿绱?，這樣的PCB的正反面分別被稱為零件面(ComponentSide)與焊接面(SolderSide)。雙層板可以看作把兩個(gè)單層板相對(duì)粘合在一起組成，板的兩面都有電子元件和走線。有時(shí)候需要把一面的單線連接到板的另一面，這就要通過(guò)導(dǎo)孔(via)。導(dǎo)孔是在PCB上，充滿或涂上金屬的小洞，它可以與兩面的導(dǎo)線相連接?，F(xiàn)在很多電腦主板都在用4層甚至6層PCB板，而顯卡一般都在用了6層PCB板，很多高端顯卡像nVIDIAGeForce4Ti系列就采用了8層PCB板，這就是所謂的多層PCB板。在多層PCB板上也會(huì)遇到連接各個(gè)層之間線路的問(wèn)題，也可以通過(guò)導(dǎo)孔來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于是多層PCB板，所以有時(shí)候?qū)Э撞恍枰┩刚麄€(gè)PCB板，這樣的導(dǎo)孔叫做埋孔(Buriedvias)和盲孔(Blindvias)，因?yàn)樗鼈冎淮┩钙渲袔讓?。盲孔是將幾層?nèi)部PCB與表面PCB連接，不須穿透整個(gè)板子。埋孔則只連接內(nèi)部的PCB，所以光是從表面是看不出來(lái)的。在多層板PCB中，整層都直接連接上地線與電源。所以我們將各層分類(lèi)為信號(hào)層(Signal)，電源層(Power)或是地線層(Ground)。如果PCB上的零件需要不同的電源供應(yīng)，通常這類(lèi)PCB會(huì)有兩層以上的電源與電線層。采用的PCB板層數(shù)越多，成本也就越高。當(dāng)然，采用更多層的PCB板對(duì)提供信號(hào)的穩(wěn)定性很有幫助。

專(zhuān)業(yè)的PCB板制作過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，拿4層PCB板為例。主板的PCB大都是4層的。制造的時(shí)候是先將中間兩層各自碾壓、裁剪、蝕刻、氧化電鍍后，這4層分別是元器件面、電源層、地層和焊錫壓層。再將這4層放在一起碾壓成一塊主板的PCB。接著打孔、做過(guò)孔。洗凈之后，將外面兩層的線路印上、敷銅、蝕刻、測(cè)試、阻焊層、絲印。最后將整版PCB(含許多塊主板)沖壓成一塊塊主板的PCB，再通過(guò)測(cè)試后進(jìn)行真空包裝。如果PCB制作過(guò)程中銅皮敷著得不好，會(huì)有粘貼不牢現(xiàn)象，容易隱含短路或電容效應(yīng)(容易產(chǎn)生干擾)。PCB上的過(guò)孔也是必須注意的。如果孔打得不是在正中間，而是偏向一邊，就會(huì)產(chǎn)生不均勻匹配，或者容易與中間的電源層或地層接觸，從而產(chǎn)生潛在短路或接地不良因素。

銅線布線過(guò)程

制作的第一步是建立出零件間聯(lián)機(jī)的布線。我們采用負(fù)片轉(zhuǎn)印方式將工作底片表現(xiàn)在金屬導(dǎo)體上。這項(xiàng)技巧是將整個(gè)表面鋪上一層薄薄的銅箔，并且把多余的部份給消除。追加式轉(zhuǎn)印是另一種比較少人使用的方式，這是只在需要的地方敷上銅線的方法，不過(guò)我們?cè)谶@里就不多談了。正光阻劑是由感光劑制成的，它在照明下會(huì)溶解。有很多方式可以處理銅表面的光阻劑，不過(guò)最普遍的方式，是將它加熱，并在含有光阻劑的表面上滾動(dòng)。它也可以用液態(tài)的方式噴在上頭，不過(guò)干膜式提供比較高的分辨率，也可以制作出比較細(xì)的導(dǎo)線。遮光罩只是一個(gè)制造中PCB層的模板。在PCB板上的光阻劑經(jīng)過(guò)UV光曝光之前，覆蓋在上面的遮光罩可以防止部份區(qū)域的光阻劑不被曝光。這些被光阻劑蓋住的地方，將會(huì)變成布線。在光阻劑顯影之后，要蝕刻的其它的裸銅部份。蝕刻過(guò)程可以將板子浸到蝕刻溶劑中，或是將溶劑噴在板子上。一般用作蝕刻溶劑使用三氯化鐵等。蝕刻結(jié)束后將剩下的光阻劑去除掉。

1.布線寬度和電流

一般寬度不宜小于0.2mm(8mil)

在高密度高精度的PCB上，間距和線寬一般0.3mm(12mil)。

當(dāng)銅箔的厚度在50um左右時(shí)，導(dǎo)線寬度1～1.5mm (60mil) = 2A

公共地一般80mil,對(duì)于有微處理器的應(yīng)用更要注意。

2.到底多高的頻率才算高速板?

當(dāng)信號(hào)的上升/下降沿時(shí)間< 3~6倍信號(hào)傳輸時(shí)間時(shí),即認(rèn)為是高速信號(hào).

對(duì)于數(shù)字電路，關(guān)鍵是看信號(hào)的邊沿陡峭程度，即信號(hào)的上升、下降時(shí)間，

按照一本非常經(jīng)典的書(shū)《High Speed Digtal Design>的理論,信號(hào)從10%上升到90%的時(shí)間小于6倍導(dǎo)線延時(shí),就是高速信號(hào)!——即!即使8KHz的方波信號(hào),只要邊沿足夠陡峭,一樣是高速信號(hào),在布線時(shí)需要使用傳輸線路論

3.PCB板的堆疊與分層

四層板有以下幾種疊層順序。下面分別把各種不同的疊層優(yōu)劣作說(shuō)明：

第一種情況

GND

S1+POWER

S2+POWER

GND

第二種情況

SIG1

GND

POWER

SIG2

第三種情況

GND

S1

S2

POWER

注：S1 信號(hào)布線一層，S2 信號(hào)布線二層;GND 地層 POWER 電源層

第一種情況，應(yīng)當(dāng)是四層板中最好的一種情況。因?yàn)橥鈱邮堑貙?，?duì)EMI有屏蔽作用，同時(shí)電源層同地層也可靠得很近，使得電源內(nèi)阻較小，取得最佳郊果。但第一種情況不能用于當(dāng)本板密度比較大的情況。因?yàn)檫@樣一來(lái)，就不能保證第一層地的完整性，這樣第二層信號(hào)會(huì)變得更差。另外，此種結(jié)構(gòu)也不能用于全板功耗比較大的情況。

第二種情況，是我們平時(shí)最常用的一種方式。從板的結(jié)構(gòu)上，也不適用于高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)。因?yàn)樵谶@種結(jié)構(gòu)中，不易保持低電源阻抗。以一個(gè)板2毫米為例：要求Z0=50ohm. 以線寬為8mil.銅箔厚為35цm。這樣信號(hào)一層與地層中間是0.14mm。而地層與電源層為1.58mm。這樣就大大的增加了電源的內(nèi)阻。在此種結(jié)構(gòu)中,由于輻射是向空間的，需加屏蔽板，才能減少EMI。

第三種情況，S1層上信號(hào)線質(zhì)量最好。S2次之。對(duì)EMI有屏蔽作用。但電源阻抗較大。此板能用于全板功耗大而該板是干擾源或者說(shuō)緊臨著干擾源的情況下。

4.阻抗匹配

反射電壓信號(hào)的幅值由源端反射系數(shù)ρs和負(fù)載反射系數(shù)ρL 決定

ρL = (RL – Z0) / (RL + Z0) 和 ρS = (RS – Z0) / (RS + Z0)

在上式中，若RL=Z0則負(fù)載反射系數(shù)ρL=0。若 RS=Z0源端反射系數(shù)ρS=0。

由于普通的傳輸線阻抗Z0通常應(yīng)滿足50Ω的要求50Ω左右，而負(fù)載阻抗通常在幾千歐姆到幾十千歐姆。因此，在負(fù)載端實(shí)現(xiàn)阻抗匹配比較困難。然而，由于信號(hào)源端(輸出)阻抗通常比較小，大致為十幾歐姆。因此在源端實(shí)現(xiàn)阻抗匹配要容易的多。如果在負(fù)載端并接電阻，電阻會(huì)吸收部分信號(hào)對(duì)傳輸不利(我的理解).當(dāng)選擇TTL/CMOS標(biāo)準(zhǔn) 24mA驅(qū)動(dòng)電流時(shí)，其輸出阻抗大致為13Ω。若傳輸線阻抗Z0=50Ω，那么應(yīng)該加一個(gè)33Ω的源端匹配電阻。13Ω+33Ω=46Ω (近似于50Ω，弱的欠阻尼有助于信號(hào)的setup時(shí)間)

當(dāng)選擇其他傳輸標(biāo)準(zhǔn)和驅(qū)動(dòng)電流時(shí)，匹配阻抗會(huì)有差異。在高速的邏輯和電路設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)一些關(guān)鍵的信號(hào)，如時(shí)鐘、控制信號(hào)等，我們建議一定要加源端匹配電阻。

這樣接了信號(hào)還會(huì)從負(fù)載端反射回來(lái)，因?yàn)樵炊俗杩蛊ヅ洌瓷浠貋?lái)的信號(hào)不會(huì)再反射回去。

5.電源線和地線布局注意事項(xiàng)

電源線盡量短，走直線，而且最好走樹(shù)形、不要走環(huán)形

地線環(huán)路問(wèn)題：對(duì)于數(shù)字電路來(lái)說(shuō)，地線環(huán)路造成的地線環(huán)流也就是幾十毫伏級(jí)別的，而TTL的抗干擾門(mén)限是1.2V，CMOS電路更可以達(dá)到1/2電源電壓，也就是說(shuō)地線環(huán)流根本就不會(huì)對(duì)電路的工作造成不良影響。相反，如果地線不閉合，問(wèn)題會(huì)更大，因?yàn)閿?shù)字電路在工作的時(shí)候產(chǎn)生的脈沖電源電流會(huì)造成各點(diǎn)的地電位不平衡，比如本人實(shí)測(cè)74LS161在反轉(zhuǎn)時(shí)地線電流1.2A(用2Gsps示波器測(cè)出，地電流脈沖寬度7ns)。在大脈沖電流的沖擊下，如果采用枝狀地線(線寬25mil)分布，地線間各個(gè)點(diǎn)的電位差將會(huì)達(dá)到百毫伏級(jí)別。而采用地線環(huán)路之后，脈沖電流會(huì)散布到地線的各個(gè)點(diǎn)去，大大降低了干擾電路的可能。采用閉合地線，實(shí)測(cè)出各器件的地線最大瞬時(shí)電位差是不閉合地線的二分之一到五分之一。當(dāng)然不同密度不同速度的電路板實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)差異很大，我上面所說(shuō)，指的是大約相當(dāng)于Protel 99SE所附帶的Z80 Demo板的水平;對(duì)于低頻模擬電路，我認(rèn)為地線閉合后的工頻干擾是從空間感應(yīng)到的，這是無(wú)論如何也仿真和計(jì)算不出來(lái)的。如果地線不閉合，不會(huì)產(chǎn)生地線渦流，beckhamtao所謂“但地線開(kāi)環(huán)這個(gè)工頻感應(yīng)電壓會(huì)更大。”的理論依據(jù)和在?舉兩個(gè)實(shí)例，7年前我接手別人的一個(gè)項(xiàng)目，精密壓力計(jì)，用的是14位A/D轉(zhuǎn)換器，但實(shí)測(cè)只有11位有效精度，經(jīng)查，地線上有15mVp-p的工頻干擾，解決方法就是把PCB的模擬地環(huán)路劃開(kāi)，前端傳感器到A/D的地線用飛線作枝狀分布，后來(lái)量產(chǎn)的型號(hào)PCB重新按照飛線的走線生產(chǎn)，至今未出現(xiàn)問(wèn)題。第二個(gè)例子，一個(gè)朋友熱愛(ài)發(fā)燒，自己DIY了一臺(tái)功放，但輸出始終有交流聲，我建議其將地線環(huán)路切開(kāi)，問(wèn)題解決。事后此位老兄查閱數(shù)十種“Hi-Fi名機(jī)”P(pán)CB圖，證實(shí)無(wú)一種機(jī)器在模擬部分采用地線環(huán)路。

6.印制電路板設(shè)計(jì)原則和抗干擾措施

印制電路板(PCB)是電子產(chǎn)品中電路元件和器件的支撐件.它提供電路元件和器件之間的電氣連接。隨著電于技術(shù)的飛速發(fā)展，PGB的密度越來(lái)越高。PCB設(shè)計(jì)的好壞對(duì)抗干擾能力影響很大.因此，在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí).必須遵守PCB設(shè)計(jì)的一般原則，并應(yīng)符合抗干擾設(shè)計(jì)的要求。