【自我修炼】PCB设计基础

【自我修炼】PCB设计基础高速设计高频信号完整性阻抗匹配传输线理论电磁兼容设计EMCEMI布局屏蔽滤波电源平面分割可制造性DFM适配生产工艺最小线宽孔径阻抗板参数设计原则成本良率拼板优化工艺边优化高速设计高频信号完整性阻抗匹配传输线理论任何信号传输都构成一个电流回路信号电流从源端出发经过传输线到达负载然后通过回流路径通常是参考平面返回源端。这个回路的电感决定了高频阻抗而回路的面积决定了EMI辐射的强度。均匀传输线方程电报方程时域形式− ∂ u ( z , t ) ∂ z R i ( z , t ) L ∂ i ( z , t ) ∂ t -\frac{\partial{u(z,t)}}{\partial{z}}Ri(z,t)L\frac{\partial{i(z,t)}}{\partial{t}}−∂z∂u(z,t)​Ri(z,t)L∂t∂i(z,t)​− ∂ i ( z , t ) ∂ z G v ( z , t ) C ∂ v ( z , t ) ∂ t -\frac{\partial{i(z,t)}}{\partial{z}}Gv(z,t)C\frac{\partial{v(z,t)}}{\partial{t}}−∂z∂i(z,t)​Gv(z,t)C∂t∂v(z,t)​均匀传输线方程d U ( z ) d z − Z I ( z ) \frac{dU(z)}{dz}-ZI(z)dzdU(z)​−ZI(z)d I ( z ) d z − Y U ( z ) \frac{dI(z)}{dz}-YU(z)dzdI(z)​−YU(z)其中Z R j ω L ZRj\omega LZRjωL为传输线的单位长度串联阻抗Y G j ω C YGj\omega CYGjωC为传输线的单位长度并联导纳。上述方程表示电压的变化是由串联阻抗上的分压作用引起的而电流的变化是由并联导纳的分流作用引起的。电流沿阻抗最小的路径回流。对于直流来说直流电流沿电阻最小的路径流动所以直流电流在地平面上的回流路径就是最短路径。对于高频信号来说由于电抗随频率变化而容抗X c − 1 2 π f C X_c-\frac{1}{2\pi fC}Xc​−2πfC1​随频率f ff的增大而减小感抗X i 2 π f L X_i2\pi fLXi​2πfL随频率f ff的增大而增大。在高频时感抗占主导作用信号环路面积越小自感导致的电感越小所以阻抗最小的路径会集中在信号路径的正下方。高频信号沿阻抗最小的路径流动所以高频信号在地平面上的回流路径就是信号路径下方的区域并且信号频率越高回流路径越集中在正下方。电磁兼容设计EMCEMI布局屏蔽滤波电源平面分割可制造性DFM适配生产工艺最小线宽孔径阻抗板参数设计原则成本良率拼板优化工艺边优化