說到PCB板，很多朋友會(huì)想到它在我們周圍隨處可見，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。這么一來我們就需要在板子上打洞，這樣接腳才能穿過板子到另一面，所以零件的接腳是焊在另一面上的。因?yàn)槿绱耍@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。現(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)層之間線路的問題，也可以通過導(dǎo)孔來實(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為信號層(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板對提供信號的穩(wěn)定性很有幫助。
專業(yè)的PCB板制作過程相當(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、做過孔。洗凈之后，將外面兩層的線路印上、敷銅、蝕刻、測試、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，再通過測試后進(jìn)行真空包裝。如果PCB制作過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，不過我們在這里就不多談了。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)信號的上升/下降沿時(shí)間< 3~6倍信號傳輸時(shí)間時(shí),即認(rèn)為是高速信號.
對于數(shù)字電路，關(guān)鍵是看信號的邊沿陡峭程度，即信號的上升、下降時(shí)間，
按照一本非常經(jīng)典的書《High Speed Digtal Design>的理論,信號從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!——即!即使8KHz的方波信號,只要邊沿足夠陡峭,一樣是高速信號,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 信號布線一層，S2 信號布線二層;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)橥鈱邮堑貙樱瑢MI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，就不能保證第一層地的完整性，這樣第二層信號會(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層上信號線質(zhì)量最好。S2次之。對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緊臨著干擾源的情況下。
4.阻抗匹配
反射電壓信號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)吸收部分信號對傳輸不利(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)，對一些關(guān)鍵的信號，如時(shí)鐘、控制信號等，我們建議一定要加源端匹配電阻。
這樣接了信號還會(huì)從負(fù)載端反射回來，因?yàn)樵炊俗杩蛊ヅ?，反射回來的信號不?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，而且最好走樹形、不要走環(huán)形
地線環(huán)路問題：對于數(shù)字電路來說，地線環(huán)路造成的地線環(huán)流也就是幾十毫伏級別的，而TTL的抗干擾門限是1.2V，CMOS電路更可以達(dá)到1/2電源電壓，也就是說地線環(huán)流根本就不會(huì)對電路的工作造成不良影響。相反，如果地線不閉合，問題會(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74LS161在反轉(zhuǎn)時(shí)地線電流1.2A(用2Gsps示波器測出，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)測數(shù)據(jù)差異很大，我上面所說，指的是大約相當(dāng)于Protel 99SE所附帶的Z80 Demo板的水平;對于低頻模擬電路，我認(rèn)為地線閉合后的工頻干擾是從空間感應(yīng)到的，這是無論如何也仿真和計(jì)算不出來的。如果地線不閉合，不會(huì)產(chǎn)生地線渦流，beckhamtao所謂“但地線開環(huán)這個(gè)工頻感應(yīng)電壓會(huì)更大?！钡睦碚撘罁?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，前端傳感器到A/D的地線用飛線作枝狀分布，后來量產(chǎn)的型號PCB重新按照飛線的走線生產(chǎn)，至今未出現(xiàn)問題。第二個(gè)例子，一個(gè)朋友熱愛發(fā)燒，自己DIY了一臺功放，但輸出始終有交流聲，我建議其將地線環(huán)路切開，問題解決。事后此位老兄查閱數(shù)十種“Hi-Fi名機(jī)”PCB圖，證實(shí)無一種機(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的密度越來越高。PCB設(shè)計(jì)的好壞對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。