針對在高速DSP係統中PCB板可靠性設計應注意的若幹問題。

 

 

高速DSP係統PCB板設計首先需要考慮的是電源設計問題。在電源設計中，通常采用以下方法來解決信號完整性問題。

 

 

隨著DSP工作頻率的提高
，DSP和其他IC元器件趨向小型化
、封裝密集化，通常電路設計時考慮采用多層板，建議電源和地都可以用專門的一層，且對於多種電源，例如DSP的I/O電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)和(he)內(nei)核(he)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)不(bu)同(tong)，可(ke)以(yi)用(yong)兩(liang)個(ge)不(bu)同(tong)的(de)電(dian)源(yuan)層(ceng)，若(ruo)考(kao)慮(lv)多(duo)層(ceng)板(ban)的(de)加(jia)工(gong)費(fei)用(yong)高(gao)，可(ke)以(yi)把(ba)接(jie)線(xian)較(jiao)多(duo)或(huo)者(zhe)相(xiang)對(dui)關(guan)鍵(jian)的(de)電(dian)源(yuan)用(yong)專(zhuan)門(men)的(de)一(yi)層(ceng)
，其(qi)他(ta)電(dian)源(yuan)可(ke)以(yi)和(he)信(xin)號(hao)線(xian)一(yi)樣(yang)布(bu)線(xian)，但(dan)要(yao)注(zhu)意(yi)線(xian)的(de)寬(kuan)度(du)要(yao)足(zu)夠(gou)。

 

wulundianlubanshifouyouzhuanmendedicenghedianyuanceng，doubixuzaidianyuanhedizhijianjiayidingdebingqiefenbuhelidedianrong。weilejieshengkongjian，jianshaotongkongshu，jianyiduoshiyongtiepiandianrong。kebatiepiandianrongfangzaiPCB板背麵即焊接麵，貼片電容到通孔用寬線連接並通過通孔與電源、地層相連。

 

 

 

gaosugaojingdumoniyuanjianduishuzixinhaohenmingan。liru，fangdaqihuifangdakaiguanzaosheng，shizhijiejinmaichongxinhao，suoyizaibanshangmoniheshuzibufen

，dianyuancengyibanshiyaoqiufenkaide。

 

 

有些敏感信號（如高頻時鍾） 對噪聲幹擾特別敏感，對它們要采取高等級隔離措施。高頻時鍾（20MHz以上的時鍾，或翻轉時間小於5ns的時鍾）必須有地線護送，時鍾線寬至少10mil，護送地線線寬至少20mil
，高頻信號線的保護地線兩端必須由過孔與地層良好接觸，而且每5cm 打過孔與地層連接;時鍾發送側必須串接一個22Ω～220Ω的阻尼電阻。可避免由這些線帶來的信號噪聲所產生的幹擾。

 

 

一般高速DSP應用係統PCB板都是由用戶根據係統的具體要求而設計的，由於設計能力、實驗室條件有限，如不采取完善、可靠的抗幹擾措施，一旦遇到工作環境不理想、有電磁幹擾就會導致DSP程序流程紊亂
，當DSP正常工作代碼不能恢複時，將出現跑飛程序或死機現象
，甚至會損壞某些元器件。應注意采取相應的抗幹擾措施。

 

 

硬件抗幹擾效率高，在係統複雜度
、成本、體積可容忍的情況下，優先選用硬件抗幹擾設計。常用的硬件抗幹擾技術可歸納為以下幾種：

 

（1） 硬件濾波：RC 濾波器可以大大削弱各類高頻幹擾信號。如可以抑製“毛刺”幹擾。

 

（2） 合理接地：合理設計接地係統，對於高速的數字和模擬電路係統來說
，具有一個低阻抗、大麵積的接地層是很重要的。地層既可以為高頻電流提供一個低阻抗的返回通路，而且使EMI、RFI變得更小
，同時還對外部幹擾具有屏蔽作用。PCB 設計時把模擬地和數字地分開。

 

（3） 屏蔽措施：交流電源、高頻電源、強電設備、電dian弧hu產chan生sheng的de電dian火huo花hua，會hui產chan生sheng電dian磁ci波bo，成cheng為wei電dian磁ci幹gan擾rao的de噪zao聲sheng源yuan
，可ke用yong金jin屬shu殼ke體ti把ba上shang述shu器qi件jian包bao圍wei起qi來lai，再zai接jie地di，這zhe對dui屏ping蔽bi通tong過guo電dian磁ci感gan應ying引yin起qi的de幹gan擾rao非fei常chang有you效xiao。

 

（4） 光電隔離：光電隔離器可以有效地避免不同電路板間的相互幹擾，高速的光電隔離器常用於DSP和其他設備（如傳感器
、開關等） 的接口。

 

 

軟件抗幹擾有硬件抗幹擾所無法取代的優勢，在DSP 應用係統中還應充分挖掘軟件的抗幹擾能力，從而將幹擾的影響抑製到最小。下麵給出幾種有效的軟件抗幹擾方法。

 

（1） 數字濾波：模擬輸入信號的噪聲可以通過數字濾波加以消除。常用的數字濾波技術有：中值濾波、算術平均值濾波等。

 

（2） 設置陷阱：在(zai)未(wei)用(yong)的(de)程(cheng)序(xu)區(qu)內(nei)設(she)置(zhi)一(yi)段(duan)引(yin)導(dao)程(cheng)序(xu)，當(dang)程(cheng)序(xu)受(shou)幹(gan)擾(rao)跳(tiao)到(dao)此(ci)區(qu)域(yu)時(shi)
，引(yin)導(dao)程(cheng)序(xu)將(jiang)強(qiang)行(xing)捕(bu)獲(huo)到(dao)的(de)程(cheng)序(xu)引(yin)導(dao)到(dao)指(zhi)定(ding)的(de)地(di)址(zhi)
，在(zai)那(na)裏(li)用(yong)專(zhuan)門(men)程(cheng)序(xu)對(dui)出(chu)錯(cuo)程(cheng)序(xu)進(jin)行(xing)處(chu)理(li)。

 

（3） 指令冗餘：在雙字節指令和三字節指令後插入兩三個字節的空操作指令NOP
，可以防止當DSP係統受幹擾程序跑飛時，將程序自動納入正軌。

 

（4） 設置看門狗定時：如失控的程序進入“死循環”，通常采用“看門狗”技術使程序脫離“死循環”。其原理是利用一個定時器
，它按設定周期產生一個脈衝，如果不想產生此脈衝，DSP就應在小於設定周期的時間內將定時器清零;但當DSP程序跑飛時，就不會按規定把定時器清零，於是定時器產生的脈衝作為DSP複位信號

，將DSP重新複位和初始化。

 

diancijianrongxingshizhidianzishebeizaifuzadiancihuanjingzhongrengkeyizhengchanggongzuodenengli。diancijianrongxingshejidemudeshishidianzishebeijinengyizhigezhongwailaiganrao，younengjianshaodianzishebeiduiqitadianzishebeidedianciganrao。zaishijidePCBbanzhongxianglinxinhaojianhuoduohuoshaocunzaizhedianciganraoxianxiangjichuanrao。chuanraodedaxiaoyuhuilujiandefenbudianronghefenbudianganyouguan。jiejuezhezhongxinhaojiandexianghudianciganraokecaiquyixiacuoshi：

 

 

由you於yu瞬shun變bian電dian流liu在zai印yin製zhi線xian條tiao上shang產chan生sheng的de衝chong擊ji幹gan擾rao主zhu要yao是shi印yin製zhi導dao線xian的de電dian感gan成cheng分fen引yin起qi的de
，而er其qi電dian感gan量liang與yu印yin製zhi導dao線xian長chang度du成cheng正zheng比bi，與yu寬kuan度du成cheng反fan比bi。所suo以yi采cai用yong短duan而er寬kuan的de導dao線xian對dui抑yi製zhi幹gan擾rao是shi有you利li的de。時shi鍾zhong引yin線xian、總線驅動器的信號線常有大的瞬變電流
，其印製導線要盡可能短。對於分立元件電路，印製導線寬度在1.5mm左右即可滿足要求;對於集成電路，印製導線寬度在0. 2mm～1. 0mm之間選擇。

 

采用井字形網狀布線結構。

 

具體做法是在PCB印製板的一層橫向布線，緊挨著的一層縱向布線。

 

 

為有利於散熱，印製板最好是自立安裝，板間距應大於2cm，同時注意元器件在印製板上的布排規則。在水平方向，大功率器件盡量靠近印製板邊沿布置，從而縮短傳熱途徑;在zai垂chui直zhi方fang向xiang大da功gong率lv器qi件jian盡jin量liang靠kao近jin印yin製zhi板ban上shang方fang布bu置zhi，從cong而er減jian少shao其qi對dui別bie的de元yuan器qi件jian溫wen度du的de影ying響xiang。對dui溫wen度du較jiao敏min感gan的de元yuan器qi件jian盡jin量liang布bu放fang在zai溫wen度du比bi較jiao低di的de區qu域yu
，而er不bu能neng放fang在zai發fa熱re量liang大da的de器qi件jian的de正zheng上shang方fang。

 

muqiandianziqicaiyongyugeleidianzishebeihexitongrengranyiyinzhidianlubanweizhuyaozhuangpeifangshi。shijianzhengming
，jishidianluyuanlitushejizhengque，yinzhidianlubanshejibudang
，yehuiduidianzishebeidekekaoxingchanshengbuliyingxiang。liru
，ruguoyinzhibanliangtiaoxipingxingxiankaodehenjin，zehuixingchengxinhaoboxingdeyanchi
，zaichuanshuxiandezhongduanxingchengfanshezaosheng。yinci，zaishejiyinzhidianlubandeshihou

，yingzhuyicaiyongzhengquedefangfa。

 

zaidianzishebeizhong
，jiedishikongzhiganraodezhongyaofangfa。runengjiangjiedihepingbizhengquejieheqilaishiyong，kejiejuedabufenganraowenti。dianzishebeizhongdixianjiegoudazhiyouxitongdi

、機殼地（屏蔽地）
、數字地（邏輯地）和模擬地等。在地線設計中應注意以下幾點：

 

 

在低頻電路中，信號的工作頻率小於1MHz，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環流對幹擾影響較大
，因而應采用一點接地。當信號工作頻率大於10MHz時，地線阻抗變得很大
，此時應盡量降低地線阻抗，應采用就近多點接地。當工作頻率在1～10MHz時，如果采用一點接地，其地線長度不應超過波長的1/20，否則應采用多點接地法。

 

 

電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)既(ji)有(you)高(gao)速(su)邏(luo)輯(ji)電(dian)路(lu)，又(you)有(you)線(xian)性(xing)電(dian)路(lu)，應(ying)使(shi)它(ta)們(men)盡(jin)量(liang)分(fen)開(kai)，而(er)兩(liang)者(zhe)的(de)地(di)線(xian)不(bu)要(yao)相(xiang)混(hun)，分(fen)別(bie)與(yu)電(dian)源(yuan)端(duan)地(di)線(xian)相(xiang)連(lian)。要(yao)盡(jin)量(liang)加(jia)大(da)線(xian)性(xing)電(dian)路(lu)的(de)接(jie)地(di)麵(mian)積(ji)。

 

 

若ruo接jie地di線xian很hen細xi
，接jie地di電dian位wei則ze隨sui電dian流liu的de變bian化hua而er變bian化hua，致zhi使shi電dian子zi設she備bei的de定ding時shi信xin號hao電dian平ping不bu穩wen，抗kang噪zao聲sheng性xing能neng變bian壞huai。因yin此ci應ying將jiang接jie地di線xian盡jin量liang加jia粗cu，使shi它ta能neng通tong過guo三san位wei於yu印yin製zhi電dian路lu板ban的de允yun許xu電dian流liu。如ru有you可ke能neng，接jie地di線xian的de寬kuan度du應ying大da於yu3mm。

 

設計隻由數字電路組成的印製電路板的地線係統時
，將接地線做成閉環路可以明顯的提高抗噪聲能力。其原因在於：yinzhidianlubanshangyouhenduojichengdianluyuanjian

，youqiyuyouhaodianduodeyuanjianshi，yinshoujiedixiancuxidexianzhi，huizaidijieshangchanshengjiaodadedianweicha，yinqikangzaoshengnenglixiajiang，ruojiangjiedijiegouchenghuanlu，zehuisuoxiaodianweichazhi，tigaodianzishebeidekangzaoshengnengli。

 

法則一：選擇正確的網格 - 設置並始終使用能夠匹配最多元件的網格間距。雖然多重網格看似效用顯著，但工程師若在PCB布bu局ju設she計ji初chu期qi能neng夠gou多duo思si考kao一yi些xie，便bian能neng夠gou避bi免mian間jian隔ge設she置zhi時shi遇yu到dao難nan題ti並bing可ke最zui大da限xian度du地di應ying用yong電dian路lu板ban。由you於yu許xu多duo器qi件jian都dou采cai用yong多duo種zhong封feng裝zhuang尺chi寸cun
，工gong程cheng師shi應ying使shi用yong最zui利li於yu自zi身shen設she計ji的de產chan品pin。此ci外wai
，多duo邊bian形xing對dui於yu電dian路lu板ban敷fu銅tong至zhi關guan重zhong要yao，多duo重zhong網wang格ge電dian路lu板ban在zai進jin行xing多duo邊bian形xing敷fu銅tong時shi一yi般ban會hui產chan生sheng多duo邊bian形xing填tian充chong偏pian差cha，雖sui然ran不bu如ru基ji於yu單dan個ge網wang格ge那na麼me標biao準zhun，但dan卻que可ke提ti供gong超chao越yue所suo需xu的de電dian路lu板ban使shi用yong壽shou命ming。

 

法則二：保bao持chi路lu徑jing最zui短duan最zui直zhi接jie。這zhe一yi點dian聽ting起qi來lai簡jian單dan尋xun常chang，但dan應ying在zai每mei個ge階jie段duan，即ji便bian意yi味wei著zhe要yao改gai動dong電dian路lu板ban布bu局ju以yi優you化hua布bu線xian長chang度du

，都dou應ying時shi刻ke牢lao記ji。這zhe一yi點dian還hai尤you其qi適shi用yong於yu係xi統tong性xing能neng總zong是shi部bu分fen受shou限xian於yu阻zu抗kang及ji寄ji生sheng效xiao應ying的de模mo擬ni及ji高gao速su數shu字zi電dian路lu。

 

法則三：盡可能利用電源層管理電源線和地線的分布。電源層敷銅對大多數PCBshejiruanjianlaishuoshijiaokuaiyejiaojiandandeyizhongxuanze。tongguojiangdaliangdaoxianjinxinggongyonglianjie
，kebaozhengtigongzuigaoxiaolvqiejuzuixiaozukanghuoyajiangdedianliu，tongshitigongchongzudejiedihuiliulujing。kenengdehua，haikezaidianlubantongyiquyuneiyunxingduotiaogongdianxianlu
，querenjiedicengshifoufugailePCB某一層的大部分層麵，這樣有利於相鄰層上運行線路之間的相互作用。

 

法則四： 將相關元件與所需的測試點一起進行分組。例如：將OpAmp運yun算suan放fang大da器qi所suo需xu的de分fen立li元yuan件jian放fang置zhi在zai離li器qi件jian較jiao近jin的de部bu位wei以yi便bian旁pang路lu電dian容rong及ji電dian阻zu能neng夠gou與yu其qi同tong地di協xie作zuo
，從cong而er幫bang助zhu優you化hua法fa則ze二er中zhong提ti及ji的de布bu線xian長chang度du
，同tong時shi還hai使shi測ce試shi及ji故gu障zhang檢jian測ce變bian得de更geng加jia簡jian便bian。

 

法則五：將所需的電路板在另一個更大的電路板上重複複製多次進行PCB拚(pin)版(ban)。選(xuan)擇(ze)最(zui)適(shi)合(he)製(zhi)造(zao)商(shang)所(suo)使(shi)用(yong)設(she)備(bei)的(de)尺(chi)寸(cun)有(you)利(li)於(yu)降(jiang)低(di)原(yuan)型(xing)設(she)計(ji)及(ji)製(zhi)造(zao)成(cheng)本(ben)。首(shou)先(xian)在(zai)麵(mian)板(ban)上(shang)進(jin)行(xing)電(dian)路(lu)板(ban)布(bu)局(ju)
，聯(lian)係(xi)電(dian)路(lu)板(ban)製(zhi)造(zao)商(shang)獲(huo)取(qu)他(ta)們(men)每(mei)個(ge)麵(mian)板(ban)的(de)首(shou)選(xuan)尺(chi)寸(cun)規(gui)格(ge)，然(ran)後(hou)修(xiu)改(gai)你(ni)的(de)設(she)計(ji)規(gui)格(ge)，並(bing)盡(jin)力(li)在(zai)這(zhe)些(xie)麵(mian)板(ban)尺(chi)寸(cun)內(nei)多(duo)次(ci)重(zhong)複(fu)進(jin)行(xing)你(ni)的(de)設(she)計(ji)。

 

法則六：整(zheng)合(he)元(yuan)件(jian)值(zhi)。作(zuo)為(wei)設(she)計(ji)師(shi)，你(ni)會(hui)選(xuan)擇(ze)一(yi)些(xie)元(yuan)件(jian)值(zhi)或(huo)高(gao)或(huo)低(di)，但(dan)效(xiao)能(neng)一(yi)樣(yang)的(de)分(fen)立(li)元(yuan)件(jian)。通(tong)過(guo)在(zai)較(jiao)小(xiao)的(de)標(biao)準(zhun)值(zhi)範(fan)圍(wei)內(nei)進(jin)行(xing)整(zheng)合(he)，可(ke)簡(jian)化(hua)物(wu)料(liao)清(qing)單(dan)

，並(bing)可(ke)能(neng)降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)。如(ru)果(guo)你(ni)擁(yong)有(you)基(ji)於(yu)首(shou)選(xuan)器(qi)件(jian)值(zhi)的(de)一(yi)係(xi)列(lie)PCB產品
，那麼從更長遠角度來說，也更利於你做出正確的庫存管理決策。

 

法則七： 盡可能多地執行設計規則檢查（DRC）。盡管在PCB軟件上運行DRC功gong能neng隻zhi需xu花hua費fei很hen短duan時shi間jian，但dan在zai更geng複fu雜za的de設she計ji環huan境jing中zhong

，隻zhi要yao你ni在zai設she計ji過guo程cheng中zhong始shi終zhong執zhi行xing檢jian查zha便bian可ke節jie省sheng大da量liang時shi間jian，這zhe是shi一yi個ge值zhi得de保bao持chi的de好hao習xi慣guan。每mei個ge布bu線xian決jue定ding都dou很hen關guan鍵jian，通tong過guo執zhi行xingDRC可隨時提示你那些最重要的布線。

 

法則八：靈活使用絲網印刷。絲網印刷可用於標注各種有用信息，以便電路板製造者、服務或測試工程師、anzhuangrenyuanhuoshebeitiaoshirenyuanjianglaishiyong。bujinbiaoshiqingxidegongnengheceshidianbiaoqian
，haiyaojinkenengbiaoshiyuanjianhelianjieqidefangxiang
，jishishijiangzhexiezhushiyinshuazaidianlubanshiyongdeyuanjianxiabiaomian（在電路板組裝後）。在電路板上下表麵充分應用絲網印刷技術能夠減少重複工作並精簡生產過程。

 

法則九：bixuanquoudianrong。buyaoshitutongguobimianjieoudianyuanxianbingyijuyuanjianshujubiaozhongdejixianzhiyouhuanidesheji。dianrongqijiagedilianqiejiangunaiyong
，nikeyijinkenengduodihuashijianjiangdianrongqizhuangpeihao，tongshizunxunfazeliu，shiyongbiaozhunzhifanweiyibaochikucunzhengqi。

 

法則十：生成PCB製造參數並在報送生產之前核實。雖然大多數電路板製造商很樂意直接下載並幫你核實
，但你自己最好還是先輸出Gerber文wen件jian，並bing用yong免mian費fei閱yue覽lan器qi檢jian查zha是shi否fou和he預yu想xiang的de一yi樣yang
，以yi避bi免mian造zao成cheng誤wu解jie。通tong過guo親qin自zi核he實shi，你ni甚shen至zhi還hai會hui發fa現xian一yi些xie疏shu忽hu大da意yi的de錯cuo誤wu，並bing因yin此ci避bi免mian按an照zhao錯cuo誤wu的de參can數shu完wan成cheng生sheng產chan造zao成cheng損sun失shi。