使用EDA分析PCB
Q:請問就你個人觀點而言:針對模擬電路(微波、高頻、低頻)、數(shù)字電路(微波、高頻、低頻)、模擬和數(shù)字混合電路(微波、高頻、低頻),目前PCB設(shè)計哪一種EDA工具有較好的性能價格比(含仿真)?可否分別說明。
A:限于本人應(yīng)用的了解,無法深入地比較EDA工具的性能價格比,選擇軟件要按照所應(yīng)用范疇來講,我主張的原則是夠用就好。常規(guī)的電路設(shè)計,INNOVEDA 的PADS 就非常不錯,且有配合用的仿真軟件,而這類設(shè)計往往占據(jù)了70%的應(yīng)用場合。在做高速電路設(shè)計,模擬和數(shù)字混合電路,采用Cadence的解決方案應(yīng)該屬于性能價格比較好的軟件,當(dāng)然Mentor的性能還是非常不錯的,特別是它的設(shè)計流程管理方面應(yīng)該是最為優(yōu)秀的。以上觀點純屬個人觀點!
Q:當(dāng)一個系統(tǒng)中既存在有RF小信號,又有高速時鐘信號時,通常我們采用數(shù)/模分開布局,通過物理隔離、濾波等方式減少電磁干擾,但是這樣對于小型化、高集成以及減小結(jié)構(gòu)加工成本來說當(dāng)然不利,而且效果仍然不一定滿意,因為不管是數(shù)字接地還是模擬接地點,最后都會接到機殼地上去,從而使得干擾通過接地耦合到前端,這是我們非常頭痛的問題,想請教專家這方面的措施。
A:既有RF小信號,又有高速時鐘信號的情況較為復(fù)雜,干擾的原因需要做仔細(xì)的分析,并相應(yīng)的嘗試用不同的方法來解決。要按照具體的應(yīng)用來看,可以嘗試一下以下的方法。
0、存在RF小信號,高速時鐘信號時,首先是要將電源的供應(yīng)分開,不宜采用開關(guān)電源,可以選用線性電源。
1、選擇RF小信號,高速時鐘信號其中的一種信號,連接采用屏蔽電纜的方式,應(yīng)該可以。
2、將數(shù)字的接地點與電源的地相連(要求電源的隔離度較好),模擬接地點接到機殼地上。
3、嘗試采用濾波的方式去除干擾。
Q:線路板設(shè)計如果考慮EMC,必定提高不少成本。請問如何盡可能的答道EMC要求,又不致帶太大的成本壓力?謝謝。
A:在實際應(yīng)用中僅僅依*印制板設(shè)計是無法從根本上解決問題的,但是我們可以通過印制板來改善它:合理的器件布局,主要是感性的器件的放置,盡可能的短的布線連接,同時合理的接地分配,在可能的情況下將板上所有器件的Chassis ground 用專門的一層連接在一起,設(shè)計專門的并與設(shè)備的外殼緊密相連的結(jié)合點。在選擇器件時,應(yīng)就低不就高,用慢不用快的原則。
Q:我希望PCB方面:
1、PCB的自動布線。
2、1)+熱分析
3、1)+時序分析
4、1)+阻抗分析
5、1)+(2)+(3)
6、1)+(3)+(4)
7、1)+(2)+(3)+(4)我應(yīng)當(dāng)如何選擇,才能得到最好的性價比。我希望PLD方面:VHDL編程--》仿真--》綜合--》下載等步驟,我是分別用獨立的工具好?還是用PLD芯片廠家提供的集成環(huán)境好?
A:目前的PCB設(shè)計軟件中,熱分析都不是強項,所以并不建議選用,其它的功能1.3.4可以選擇PADS或Cadence性能價格比都不錯。PLD的設(shè)計的初學(xué)者可以采用PLD芯片廠家提供的集成環(huán)境,在做到百萬門以上的設(shè)計時可以選用單點工具。
Q:PCB設(shè)計中需要注意哪些問題?
A:PCB設(shè)計時所要注意的問題隨著應(yīng)用產(chǎn)品的不同而不同。就象數(shù)字電路與仿真電路要注意的地方不盡相同那樣。以下僅概略的幾個要注意的原則。1、PCB層疊的決定;包括電源層、地層、走線層的安排,各走線層的走線方向等。這些都會影響信號品質(zhì),甚至電磁輻射問題。2、電源和地相關(guān)的走線與過孔(via)要盡量寬,盡量大。3、不同特性電路的區(qū)域配置。良好的區(qū)域配置對走線的難易,甚至信號質(zhì)量都有相當(dāng)大的關(guān)系。4、要配合生產(chǎn)工廠的制造工藝來設(shè)定DRC (Design Rule Check)及與測試相關(guān)的設(shè)計(如測試點)。其它與電氣相關(guān)所要注意的問題就與電路特性有絕對的關(guān)系,例如,即便都是數(shù)字電路,是否注意走線的特性阻抗就要視該電路的速度與走線長短而定。
Q:在高速PCB設(shè)計時我們使用的軟件都只不過是對設(shè)置好的EMC、EMI規(guī)則進(jìn)行檢查,而設(shè)計者應(yīng)該從那些方面去考慮EMC、EMI的規(guī)則呢怎樣設(shè)置規(guī)則呢我使用的是CADENCE公司的軟件。
A:一般EMI/EMC設(shè)計時需要同時考慮輻射(radiated)與傳導(dǎo)(conducted)兩個方面. 前者歸屬于頻率較高的部分(>30MHz)后者則是較低頻的部分(<30MHz). 所以不能只注意高頻而忽略低頻的部分. 一個好的EMI/EMC設(shè)計必須一開始布局時就要考慮到器件的位置,PCB迭層的安排, 重要聯(lián)機的走法, 器件的選擇等, 如果這些沒有事前有較佳的安排, 事后解決則會事倍功半, 增加成本. 例如時鐘產(chǎn)生器的位置盡量不要*近對外的連接器, 高速信號盡量走內(nèi)層并注意特性阻抗匹配與參考層的連續(xù)以減少反射, 器件所推的信號之斜率(slew rate)盡量小以減低高頻成分, 選擇去耦合(decoupling/bypass)電容時注意其頻率響應(yīng)是否符合需求以降低電源層噪聲. 另外, 注意高頻信號電流之回流路徑使其回路面積盡量小(也就是回路阻抗loop impedance盡量小)以減少輻射. 還可以用分割地層的方式以控制高頻噪聲的范圍. 最后, 適當(dāng)?shù)倪x擇PCB與外殼的接地點(chassis ground)。
Q:線路板設(shè)計如果考慮EMC,必定提高不少成本。請問如何盡可能的答道EMC要求,又不致帶太大的成本壓力?謝謝。
A:PCB板上會因EMC而增加的成本通常是因增加地層數(shù)目以增強屏蔽效應(yīng)及增加了ferrite bead、choke等抑制高頻諧波器件的緣故。除此之外,通常還是需搭配其它機構(gòu)上的屏蔽結(jié)構(gòu)才能使整個系統(tǒng)通過EMC的要求。以下僅就PCB板的設(shè)計技巧提供幾個降低電路產(chǎn)生的電磁輻射效應(yīng)。1、盡可能選用信號斜率(slew rate)較慢的器件,以降低信號所產(chǎn)生的高頻成分。2、注意高頻器件擺放的位置,不要太*近對外的連接器。3、注意高速信號的阻抗匹配,走線層及其回流電流路徑(return current path),以減少高頻的反射與輻射。4、在各器件的電源管腳放置足夠與適當(dāng)?shù)娜ヱ詈想娙菀跃徍碗娫磳雍偷貙由系脑肼暋L貏e注意電容的頻率響應(yīng)與溫度的特性是否符合設(shè)計所需。5、對外的連接器附近的地可與地層做適當(dāng)分割,并將連接器的地就近接到chassis ground。6、可適當(dāng)運用ground guard/shunt traces在一些特別高速的信號旁。但要注意guard/shunt traces對走線特性阻抗的影響。7、電源層比地層內(nèi)縮20H,H為電源層與地層之間的距離。
Q:在高速PCB設(shè)計時為了防止反射就要考慮阻抗匹配,但由于PCB的加工工藝限制了阻抗的連續(xù)性而仿真又仿不到,在原理圖的設(shè)計時怎樣來考慮這個問題?另外關(guān)于IBIS模型,不知在那里能提供比較準(zhǔn)確的IBIS模型庫。我們從網(wǎng)上下載的庫大多數(shù)都不太準(zhǔn)確,很影響仿真的參考性。
A:在設(shè)計高速PCB電路時,阻抗匹配是設(shè)計的要素之一。而阻抗值跟走線方式有絕對的關(guān)系,例如是走在表面層(microstrip)或內(nèi)層(stripline/double stripline),與參考層(電源層或地層)的距離,走線寬度,PCB材質(zhì)等均會影響走線的特性阻抗值。也就是說要在布線后才能確定阻抗值。一般仿真軟件會因線路模型或所使用的數(shù)學(xué)算法的限制而無法考慮到一些阻抗不連續(xù)的布線情況,這時候在原理圖上只能預(yù)留一些terminators(端接),如串聯(lián)電阻等,來緩和走線阻抗不連續(xù)的效應(yīng)。真正根本解決問題的方法還是布線時盡量注意避免阻抗不連續(xù)的發(fā)生。IBIS模型的準(zhǔn)確性直接影響到仿真的結(jié)果。基本上IBIS可看成是實際芯片I/O buffer等效電路的電氣特性資料,一般可由SPICE模型轉(zhuǎn)換而得(亦可采用測量,但限制較多),而SPICE的資料與芯片制造有絕對的關(guān)系,所以同樣一個器件不同芯片廠商提供,其SPICE的資料是不同的,進(jìn)而轉(zhuǎn)換后的IBIS模型內(nèi)之資料也會隨之而異。也就是說,如果用了A廠商的器件,只有他們有能力提供他們器件準(zhǔn)確模型資料,因為沒有其它人會比他們更清楚他們的器件是由何種工藝做出來的。如果廠商所提供的IBIS不準(zhǔn)確,只能不斷要求該廠商改進(jìn)才是根本解決之道。
Q:通常Protel比較流行,市面上的書也多。請介紹一下Protel,PowerPCB,orCAD等軟件的優(yōu)劣和適用場合。謝謝。
A:我沒有太多使用這些軟件的經(jīng)驗, 以下僅提供幾個比較的方向:1、使用者的接口是否容易操作;2、推擠線的能力(此項關(guān)系到繞線引擎的強弱);3、鋪銅箔編輯銅箔的難易;4、走線規(guī)則設(shè)定是否符合設(shè)計要求;5、機構(gòu)圖接口的種類;6、零件庫的創(chuàng)建、管理、調(diào)用等是否容易;7、檢驗設(shè)計錯誤的能力是否完善;
Q:(1)PROTEL98 中如何干預(yù)自動布線的走向?(2)PROTEL98 中PCB板上已經(jīng)有手工布線,如何設(shè)置,在自動布線時才能不改變PCB板上已經(jīng)布好的線條?
A:抱歉,我沒有使用Protel的經(jīng)驗所以無法給你建議。
Q:當(dāng)一塊PCB板中有多個數(shù)/模功能塊時,常規(guī)做法是要將數(shù)/模地分開,并分別在一點相連。這樣,一塊PCB板上的地將被分割成多塊,而且如何相互連接也大成問題。但有人采用另外一種辦法,即在確保數(shù)/模分開布局,且數(shù)/模信號走線相互不交*的情況下,整個PCB板地不做分割,數(shù)/模地都連到這個